硅压力传感器基座受力变形时的输出性能

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.001

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2015, Vol. 43 ›› Issue (3): 1-8.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.001

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硅压力传感器基座受力变形时的输出性能

胡国清¹ 龚小山¹ 周永宏² 邹崇² Jahangir Alam¹

1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640;2．福建上润精密仪器有限公司，福建福州 350015

收稿日期:2014-09-28 修回日期:2014-12-15 出版日期:2015-03-25 发布日期:2015-02-10
通信作者: 胡国清(1964-)，男，教授，博士生导师，主要从事先进传感器技术、机器人智能技术研究． E-mail:gqhu@scut.edu.cn
作者简介:胡国清(1964-)，男，教授，博士生导师，主要从事先进传感器技术、机器人智能技术研究．
基金资助:
国家“863”高技术计划项目(2014AA042000)

Output Performance of Silicon Pressure Sensor Influenced by Deformation of Sensor Substrate

Hu Guo-qing¹ Gong Xiao-shan¹ Zhou Yong-hong² Zou Chong² Jahangir Alam¹

1． School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640,Guangdong，China;2． Fujian Wide Plus Precision Instruments Co．，Ltd．，Fuzhou 350015，Fujian，China

Received:2014-09-28 Revised:2014-12-15 Online:2015-03-25 Published:2015-02-10
Contact: 胡国清(1964-)，男，教授，博士生导师，主要从事先进传感器技术、机器人智能技术研究． E-mail:gqhu@scut.edu.cn
About author:胡国清(1964-)，男，教授，博士生导师，主要从事先进传感器技术、机器人智能技术研究．
Supported by:
Supported by the National High-tech R＆D Program (863 Program)(2014AA042000)

摘要/Abstract

摘要： 为分析硅压力传感器基座受力变形对传感器输出性能的影响，首先利用弹性力学理论和板壳理论分析推导了压力传感器方形膜片应力分布，为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;再利用 ANSYS 进行分析模拟，探究了传感器基座结构变形对应变膜应力差的影响;然后针对减小基座受力变形对芯片受力的影响，对基座结构进行适当优化，并对比仿真分析的结果;最后通过实验测得优化前后的传感器输出数据．结果表明，传感器基座结构优化后，传感器硅芯片中心最大变形量从 2． 172μm 降低到 1． 819μm，输出误差从 0． 95%下降到 0． 60%．

关键词: 压力传感器, 硅传感器, 输出性能, 有限元分析, 结构优化

Abstract: In order to analyze the performance of silicon pressure sensor influenced by the deformation of sensor substrate，firstly，the stress distribution of pressure sensor quadrate in the thin diaphragm was deduced on the basis of elastic mechanics theory and plate-shell theory，which provided a basis for the arrangement of resisters in strain membrane． Secondly，the effect of substrate deformation on the stress difference of strain membrane was analyzed via a simulation in ANSYS environment． Then，in order to diminish the influence of sensor substrate deformation，an appropriate optimization of substrate structure was conducted，and a comparison of simulation results was made．Finally，experiments were carried out to test the outputs of the sensor before and after optimization． It is indicated that，after the optimization，the largest deformation of sensor chip center reduces from 2． 172μm to 1． 819μm，and the output error decreases from 0． 95% to 0． 60%．

Key words: pressure sensors, silicon sensors, output performance, finite element analysis, structural optimization

胡国清龚小山周永宏邹崇 Jahangir Alam. 硅压力传感器基座受力变形时的输出性能[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2015, 43(3): 1-8.

Hu Guo-qing Gong Xiao-shan Zhou Yong-hong Zou Chong Jahangir Alam. Output Performance of Silicon Pressure Sensor Influenced by Deformation of Sensor Substrate[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2015, 43(3): 1-8.

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硅压力传感器基座受力变形时的输出性能

Output Performance of Silicon Pressure Sensor Influenced by Deformation of Sensor Substrate

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