電磁激勵(lì)微諧振式傳感器的設(shè)計(jì)與制作

傳感器的制作采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)。首先分別在Si片上制作諧振器和硅壓力感應(yīng)膜，然后通過(guò)Si-Si鍵合將兩Si片結(jié)合在一起，形成三維結(jié)構(gòu)的芯片，最后經(jīng)過(guò)真空封裝完成整個(gè)器件的制作。其主要流程如圖3所示。

芯片制作完成后，將其粘在管座上，超聲壓焊引線，蓋上管帽，兩邊開(kāi)通氣孔，將有諧振梁的一邊封在真空(10-3 Pa)中，另一端的壓力膜與待測(cè)壓力源相通(圖4)，這樣就完成了壓力傳感器的封裝。

3 測(cè) 試

壓力傳感器測(cè)試系統(tǒng)由壓力傳感器、鎖相放大器和信號(hào)激勵(lì)源、拾振恒流源等組成。采用純交流激勵(lì)電壓激振，利用鎖相放大器，通過(guò)控制頻率掃描和數(shù)據(jù)采集以及檢測(cè)振幅和相位等，可以檢測(cè)諧振器的頻率特性。

對(duì)壓力傳感器器件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析測(cè)試，利用頻率掃描儀構(gòu)成的開(kāi)環(huán)掃描系統(tǒng)測(cè)試了器件在空氣中的頻率特性曲線如圖5，諧振梁的峰值大約在72.30 kHz處，-3 dB帶寬約為50 Hz。計(jì)算得出諧振梁的品質(zhì)因數(shù)Q大于1 200。

利用鎖相放大器構(gòu)成的開(kāi)環(huán)掃描系統(tǒng)測(cè)試了器件在高真空中的頻率特性曲線如圖6，諧振梁的峰值大約在72.395 kHz處，-3 dB帶寬約為10 Hz。計(jì)算得出諧振梁的品質(zhì)因數(shù)Q大于7 000。

在室溫條件下，對(duì)真空封裝的壓力傳感器進(jìn)行了壓力特性測(cè)試，測(cè)試采用英國(guó)Druck公司的DP1610型壓力校驗(yàn)儀，電路為自制的鎖相環(huán)放大電路。壓力特性曲線測(cè)試結(jié)果如圖7所示。(激振電壓峰值為50 mV)