PMS5003T PM2.5传感器中文说明书V2.2
DSENSOR数字式通用颗粒物浓度传感器
PMS5003T数据手册
主要特性
◆激光散射原理实现精准测量
◆零错误报警率
◆实时响应并支持连续采集
◆最小分辨粒径0.3μm
◆全新专利结构，六面全方位屏蔽，抗干扰性能更强
◆进出风口方向可选，适用范围广，用户无需再进行风道设计
◆可实时输出温度及湿度数据
概述
PMS5003T是一款可以同时监测空气中颗粒物浓度及温湿度的二合一传感器。其中颗粒物浓度的监测基于激光散射原理，可连续采集并计算单位体积内空气中不同粒径的悬浮颗粒物个数，即颗粒物浓度分布，进而换算成为质量浓度。传感器
同时内嵌瑞士生产的温湿度一体检测芯片。颗粒物浓度数值及温度、湿度合并以通用数字接口形式输出。本传感器可嵌入各种与空气质量监测和改善相关的仪器设备，为其提供及时准确的环境参数。
工作原理
本传感器采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。进而微处理器利用基于米氏（MIE）理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。传感器各功能部分框图如图1所示
图1 传感器功能框图
技术指标
如表1所示
表1 传感器技术指标
注：颗粒物浓度一致性数据为通讯协议中的数据2（见附录A）测量环境条件为20℃，湿度50%
数字接口定义
PIN1
图2 接口示意图
输出结果
1.主要输出为单位体积内各浓度颗粒物质量以及个数，其中颗粒物个数的单位
体积为0.1升，质量浓度单位为：微克/立方米。
2.输出分为主动输出和被动输出两种状态。传感器上电后默认状态为主动输出，
即传感器主动向主机发送串行数据，时间间隔为200~800ms，空气中颗粒物浓度越高，时间间隔越短。主动输出又分为两种模式：平稳模式和快速模式。
在空气中颗粒物浓度变化较小时，传感器输出为平稳模式，即每三次输出同样的一组数值，实际数据更新周期约为2s。当空气中颗粒物浓度变化较大时，传感器输出自动切换为快速模式，每次输出都是新的数值，实际数据更新周期为200~800ms。
3.温湿度输出：输出吸入传感器内部的采样空气温度及湿度。
典型电路连接
图3 典型电路连接示意图
电路设计应注意
1.PMS5003T需要5V供电，这是因为风机需要5V驱动。但其他数据通讯和控
制管脚均需要3.3V作为高电平。因此与之连接通讯的主板MCU应为3.3V供电。如果主板MCU为5V供电，则在通讯线（RXD、TXD）和控制线（SET、RESET）上应当加入电平转换芯片或电路。
2.SET和RESET内部有上拉电阻，如果不使用，则应悬空。
3.PIN7和PIN8为程序内部调试用，应用电路中应使其悬空。
4.应用休眠功能时应注意：休眠时风扇停止工作，而风扇重新启动需要至少30
秒的稳定时间，因此为获得准确的数据，休眠唤醒后传感器工作时间不应低
典型输出特性
纵坐标单位：μg/m3(PM2.5 质量浓度标准值，附录A数据2) 横坐标单位：次
图4-1 传感器常温一致性（20℃）
图4-2 传感器高温一致性（43℃）
图4-3 传感器低温一致性（-5℃）
图4-4 传感器长时间连续运行一致性（30天）
温度与一致性的对应关系
横坐标为温度，单位：℃
图5 最大一致性偏差绝对值随温度变化的关系可靠性测试
型号定义
尺寸结构 单位：mm
图3 外形尺寸图
图4a 进风口及出风口 图4b 底部安装孔
安装注意事项
1. 金属外壳与内部电源地导通，注意不要和其他外部板组电路或机箱外壳短接。
2. 进风口和出风口所在的平面紧贴用户机内壁与外界连通的气孔为最佳安装方式，如无法实现，则出风口周围2cm 之内无遮挡。进风口和出风口之间应有结构使气流隔离，避免气流在用户机内部从出风口直接回流到进风口。
3. 用户机内壁为进风口所开的通气孔不应小于进风口的尺寸。
4. 应用于净化器类产品时，尽量避免将传感器直接置于净化器自身风道中，如果无法避免，应单独设置一个独立的结构空间，将传感器置于其中，使其与净化器自身风道隔离。
5. 应用与净化器或固定检测设备时，传感器位置应高于地面20cm 以上。否则
出风口
入风口
有可能被近地面的大尘埃颗粒甚至絮状物污染导致风扇缠绕阻转。
6.传感器应用于户外固定设备时，对于沙尘暴、雨雪等天气以及杨柳絮的防护，
应由设备完成。
7.传感器是一个整体元件，用户切勿将其拆解，包括金属屏蔽壳，以防出现不
可逆破坏。
8.传感器底部用2mm自攻螺钉固定，螺钉进入壳体长度应不大于5mm。
附A：PMS5003T主动式传输协议
默认波特率：9600bps 校验位：无停止位：1位协议总长度：32字节
注：标准颗粒物质量浓度值是指用工业金属颗粒物作为等效颗粒进行密度换算得到的质量浓度值，适用于工业生产车间等环境。大气环境颗粒物质量浓度值以空气中主要污染物为等效颗粒进行密度换算，适用于普通室内外大气环境。
附B：PMS5003T被动式传输协议
默认波特率：9600bps 校验位：无停止位：1位
1.
2.指令应答：
0xe2: 应答32字节，同附A协议。
3.校验字生成
从特征字开始所有字节累加和
基于SIMOX的耐高温压力传感器芯片制作
第26卷 第8期2005年8月 半 导 体 学 报 CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORS Vol.26 No.8 Aug.,2005 3国家高技术研究发展计划(批准号:2002AA404470)和国家“九五”传感器技术攻关(批准号:962748202201/07)资助项目 王 权 男,1973年出生,博士研究生,研究方向为耐高温微型压力传感器.Email :wangquan100@https://www.360docs.net/doc/6917936293.html, 2004210230收到,2005201226定稿 Ζ2005中国电子学会 基于SIMOX 的耐高温压力传感器芯片制作 3 王 权1 丁建宁1 王文襄2 熊 斌3 (1江苏大学微纳米科学技术研究中心,镇江 212013)(2昆山双桥传感器测试技术有限公司,苏州 215325)(3中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050) 摘要:针对石油化工等领域中高温下较高压力测量的要求,设计了压阻式压力传感器敏感芯片,采用SIMOX 技术的SOI 晶片,在微加工平台上通过低压化学气相淀积法(L PCVD )均相外延硅测量层、浓硼离子注入、热氧化、光刻、电感耦合等离子体(ICP )深刻蚀、多层合金化等工艺流程制作了该芯片,将其封装后,研制出了高精度稳定性佳的耐高温压阻式压力传感器.封装工艺进一步改善后,该芯片工作温区有望拓宽到300～350℃.关键词:高温压力传感器;SIMOX ;低压化学气相淀积;电感耦合等离子体深刻蚀 PACC :0630N ;6855;8110 中图分类号:TP21211 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)0821595204 1 引言 在石油开采、化工领域的反应釜和冶炼塔等的压力测量中,对压力传感器提出了耐高温、微型化、抗腐蚀等要求[1],传统的硅扩散压阻式压力传感器用重掺杂4个p 型硅应变电阻构成惠斯顿电桥的力敏检测模式,采用p n 结隔离,当温度在100℃以上时,p n 结漏电流很大,使器件无法工作.因此设计制作压阻式高温压力传感器,必须取消p n 结隔离而采用绝缘体介质隔离,较易的方法之一是采用SOI (silicon on insulator )结构[2],此类晶片制作成的传感器芯片,由于采用二氧化硅隔离且力敏电阻仍然由单晶硅构成,因此其灵敏度与体硅压力传感器相当,而工作温度要大于传统的硅扩散压阻式压力传感器的工作温度,理论上达到耐温350℃,此外此芯片能保持长期高温下工作的稳定性和较大的过温容限. 制备SO I 材料的两种主流技术[3]是注氧隔离(separation by implantation of oxygen SIMOX )技术[4]和键合(bonding )技术,SIMOX 技术是指工艺 中大剂量的氧离子被注入到起始硅片中,然后进行 高温退火处理形成SOI 结构;键合技术,包括键合与背面减薄(bonding and etch -back SO I B ESOI )技术[5]和智能剥离SMA R TCU T ((或UN IBOND )技术.键合技术工艺较复杂,成本控制较难. 文献[6]利用SMAR TCU T 技术的SO I 晶片,研制了高温压力传感器,其高温特性测到150℃,量程为0～8M Pa ,灵敏度为63mV/(M Pa ?5V );专利[7,8]利用B ESOI 技术制作了高温压力传感器,其 耐温到200℃;本文针对高温、高压、高频测量的要求,设计了圆平膜硅芯片,采用SIMOX 技术的SOI 晶片在微加工平台上,制作了耐高温压阻式压力传感器芯片,针对-40～220℃的工作环境,完成了耐高温封装工艺,选用了恒流源激励,完成了静态标定,获得了量程0～40M Pa ,高性能稳定性佳,高频响应的耐高温压力传感器. 2 芯片设计 针对高温高压的要求,选用圆平膜设计[9],惠斯登电桥的两对桥臂力敏电阻分别布置在(100)晶面
光纤压力传感器_赵中华
2005年第24卷第12期 传感器技术(Journal of Transducer Technol ogy) 设计与制造 光纤压力传感器 赵中华,高应俊,骆宇锋 (暨南大学光电工程研究所,广东广州510632) 摘 要:提出一种记数法布里珀罗(F2P)腔的干涉条纹的光纤压力传感器,可以用于易燃、易爆的环境。 阐述了它的设计原理、参数的设置和误差的讨论及改进。试验结果表明:光纤F2P腔脉冲计数压力传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强,具有很大的测量范围和分辨力,分别达到10m和0.02%。 关键词:光纤压力传感器;法布里珀罗腔;干涉条纹 中图分类号:TP212.14 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)12-0049-03 Fi ber2opti c pressure sensor Z HAO Zhong2hua,G AO Ying2jun,LUO Yu2feng (I n st of Photoelectr i c ity Eng i n,J i n an Un i versity,Guangzhou510632,Ch i n a) Abstract:A fiber2op tic p ressure sens or by counting interference stri pe of Fabry2Per ot(F2P)cavity is intr oduced, which can be used in s ome inflammable and exp l osive circum stance.The p rinci p le and the configurati on parameters design of the sens or are described.Fact ors of err or and future i m p r ovements are discussed. Experi m ent result shows the fiber2op tic sensor with F2P cavity is si m p le in design,l ow in cost,excellent in anti2 interference ability and p recise in p ressure detecting.It can reach10m in measurement range and0.02%in accurancy. Key words:fiber2op tic p ressure sens or;Fabry2Per ot(F2P)cavity;interference stri pe 0 引 言 光纤F2P传感器作为微位移传感器具有尺寸小、结构简单、测量精度高和灵敏度极高的特点,已得到了广泛的应用。多种应力、应变的相关传感器得以研究和实现。例如:新型光纤压力传感器[1]和光纤F2P腔液位传感器等。但是,利用测量干涉光的光强变化来感应外在参量的方法也有自身的局限性,因为影响光强变化的因素非常多,传感器在结构上要求相当精密,对光源和环境的要求高,成本代价昂贵。 本文在此基础上,提出利用对干涉条纹的计数来实现测量压力的光纤F2P液位传感器,在保持光纤压力传感器的本质安全等独特优点的同时,使系统的稳定性得到很大的提高,成本大幅度降低,对环境的要求大大降低,向实用化方向迈进了一大步。试验表明:它也具有很高的灵敏度和测量精度,适用于易燃、易爆的环境,如,大型油罐、燃气、油库环境中的压力和液位的监测,也可以采用网络化连接,对多个目标进行系统化管理,是今后自动化管理的发展方向,很有发展和应用潜力。 1 光纤F2P压力传感器测量基本原理 F2P腔传感头结构如图1所示。弹性合金薄片作为F2P 收稿日期:2005-06-21腔的一个端面,并将其抛光的一面作为反射面,光纤对准弹性合金片的中心,光纤端面直接作为另一个反射面,并且,选择2个面的合适的反射比[2]。这样,在合金片与光纤端面之间就形成了F2P腔。当压力作用于F2P腔的合金薄片时,会产生弹性形变,不同的压强在传感器上具有不同的压力,弹性合金薄片受此压力产生的形变大小与压力有关。合金薄片的变形使得F2P腔的腔长发生改变,当入射光射到F2P腔后,反射回的光由于光程差改变使干涉条纹发生一系列的移动变化,测量干涉条纹的变化数就可得到相应压力的大小。 图1 F2P液位传感器结构示意图 F i g1 Structure schema ti c d i a gram of F2P cav ity li qu i d level sen sor 光纤F2P传感器是基于波动光学中的多光束干涉原理,多光束反射光叠加后的光强公式为[3,4] 94
MEMS加速度传感器的研究报告
MEMS加速度传感器的研究 摘要：微传感器因其尺寸微小，测量准确度和灵敏度高而广泛应用于工程、医学、生物等各个领域。本次报告中，我们将对MEMS技术在惯性传感器件应用——加速度传感器作为讨论学习的主要内容。本报告选取电容式加速度传感器为例，分别从原理、工艺、检测电路、应用等几个方面展开说明，涉及MEMS电容式加速度传感器的各个方面，较为全面。很多都是自己的理解，因此也易于接受。 关键词：MEMS 加速度传感器检测电路 0 引言 随着微机械系统和微加工技术的发展，微型传感器也随之迅速发展。惯性系统已广泛用于航天、航空、航海和许多民用领域，成为目前各种航行体上应用的一种主要导航设备，能够提供比较精确的姿态与多种导航信息。我们利用惯性敏感元件和初始位置就可以确定载体的动态位置、姿态和速度。而加速度计作为惯性系统的一个核心敏感器件，虽然较陀螺仪发明较晚，但是发展速度很快。各个较大的半导体公司如MOTOROLA和Analog Devices Inc. 等都在MEMS加速度计的研发生产中取得了很大的成就。因此，此次对于MEMS加速度传感器的研究对于了解专业发展前沿和激发自己的学习兴趣都有很大的帮助。 根据原理不同，MEMS加速度传感器可以分为压阻式、压电式、电容式、谐振式和隧穿式等几大类，为了突出重点，对MENS传感器的原理、工艺及应用有个全面的了解，我们在此选择了其中的一种——电容式加速度传感器做深入研究。 1 电容式加速度传感器的原理 1.1 基本原理 电容式传感器是电容值随环境参数变化而发生改变的传感器。根据平板电容器的表达式C=εS/d可知，S和d的变化都会导致电容的变化，因此电容式加速度计的测量原理又可分为变面积式和变间距式，由于变间距式在制造工艺上的优越性，因此当今大部分电容式加速度计都是采用变间距来改变电容进而来测量加速度。电容式加速度传感器的结构示意如图1 所示。
压力传感器研究现状及发展趋势
压力传感器研究现状及发展趋势 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。 1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段[1 ] : (1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应[2 ] ,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为
电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯[3 ] 。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。 (3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术[4 ] ,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。 (4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。 通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 2 压力传感器国内外研究现状 从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。 2. 1 光纤压力传感器[5 ]
光纤压力传感器实验
光纤压力传感器实验 一、实验目的 1、了解并掌握传导型光纤压力传感器工作原理及其应用 二、实验内容 l、传导型光纤压力传感光学系统组装调试实验； 2、发光二极管驱动及探测器接收实验； 3、传导型光纤压力传感器测压力原理实验。 三、实验仪器 1、光纤压力传感器实验仪1台 2、气压计1个 3、气压源l套 4、光纤1根 5、2#迭插头对若干 6、电源线1根 四、实验原理 通常按光纤在传感器中所起的作用不同，将光纤传感器分成功能型(或 称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。功能型光纤传感器使 用单模光纤，它在传感器中不仅起传导光的作用，而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器的制造上技术难度较大，结构比较复杂，且调试困难。 非功能型光纤传感器中，光纤本身只起传光作用，并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是：光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上，实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率，这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。光纤传感器的特点是结构简单、可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低，测量精度也不高。 本实验仪所用到的光纤压力传感器属于非功能型光纤传感器。 本实验仪重点研究传导型光纤压力传感器的工作原理及其应用电路设计。在传导型光纤压力传感器中，光纤本身作为信号的传输线，利用压力一电一光一光一电的转换来实现压力的测量。主要应用在恶劣环境中，用光纤代替普通电缆传送信号，可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力，提高测量精度。 相关参数： l、光源 高亮度白光LED，直径5mm
微加速度传感器的研究现状及发展趋势
微加速度传感器的研究现状及发展趋势 摘要：介绍了为加速度传感器的研究现状、基本原理及其分类和发展趋势。重点论述了为加速度传感器的特点和它在民用领域和军用领域的不同应用，并对微加速度传感器领域内一些新的进展进行了讨论，指出了微加速度传感器的发展趋势。 关键词：MEMS 微加速度传感器 应用 发展趋势 Research and Development of Microaccelerometer Abstract：The research situation, the basic principle,classification and its development trend of acceleration sensor are introduced.The characteristics and application in civil areas and military field are discussesed, and some new progress to the micro acceleration sensor field are discussed.The development trend of micro acceleration sensor is proposed. Keywords：MEMS Micro acceleration sensor Applications Development trend 0前言 20世纪40年代初，德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。此后的半个多世纪以来，由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，其性能和精度也有了很大的完善和提高。 加速度计面世后一直作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空天运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起受到重视。这时候的加速度计整个都很昂贵，使其他领域对它很少问津。 这种状况直到微机械加速度计(Micro Mechanical Accelerometer，MMA)的问世才发生了改变。随着微机电系统技术的发展，微加速度计制作技术越来越成熟，国内外都将微加速度计开发作为微机电系统产品化的优先项目。微加速度计与通常的加速度计相比，具有很多优点：体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性好等。它可以广泛地运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域，具有广阔的应用前景。 当前国内在加速度技术上仍沿用传统的压电技术，精度停留在5×10-5g水平上，而且尺寸偏大，重量偏重，影响我国惯导技术的先进性。近年来国内虽然有多个单位MEMS微加速度计进行了研究，但在精度上仍未取得突破，大体上只能达到10-1g的水平。 1微加速度传感器概述及发展现状 1.1微加速度传感器的工作原理 MEMS加速度传感器是以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础，在单晶硅片上制造出来的微机电系统，包括微机械加速度计、微机械陀螺仪和微惯性测量组合(MIMU)。微加速度传感器的工作原理是经典力学中的牛顿定律，其功能是测量运动物体(如车辆、飞机、导弹、舰艇、人造卫星等)的质心运动和姿态运动，进而可以对运动物体实现控制和导航。MEMS微加速度传感器与非MEMS为加速度传感器相比，其体积和价格可减少几个数量级，对国防具有重大战略意义。基于MEMS加速度传感器建低成本、高性能的微型惯性导航系统正在成为当前惯性技术领域的一个研究热点。
微加速度传感器概述_微机电系统设计学
《微机电系统设计学》读书报告 ——微加速度传感器概述查阅资料前，预计要解决的问题： 1)微加速度传感器的产生 2)微加速度传感器相比于传统传感器存在的优势 3)微加速度传感器工作原理 4)微加速度传感器主要有哪些类型，不同类型的特点 5)不同类型的微加速度传感器大致结构和工作机制 6)微加速度传感器主要应用及其发展趋势和前景 7)国内外微加速度传感器的发展 查阅的主要书籍及论文如下： 1.刘昶等微机电系统基础[M] 北京：机械工业出版社，2007 2.李德胜等MEMS技术及其应用[M] 黑龙江: 哈尔滨工业大学出版社，2002 3.傅建中等微系统原理与技术[M] 北京：机械工业出版社，2005 4.刘好等微加速度传感器的研究现状及发展趋势[J] 光学精密工程2004,12(3)： 81-86 5.李圣怡等微加速度计研究的进展[J] 国防科技大学学报2006（04）：34-37 针对预期解决的问题，对查阅的资料进行整理。 一、微加速度传感器概述 自19世纪产业革命以来，传感器作为检测单元不断用于改善机器系统的性能和提高系统的自动化程度。随着MEMS技术的不断发展，特别是其加工技术，如蒸镀、刻蚀，微细加工的进步，过去很难加工的工艺变得容易了。通过蒸镀可以制成均匀的、稳定的，并可以把拾取信息的敏感部分和电路集成于一体。例如，微加工技术可在半导体材料上，利用刻蚀方法使局部厚度变成几个微米而感受压力的敏感膜，从而避免了传统的把感压膜固定在装置上而产生的诸多不稳定因素。除了敏感元件及其信号处理电路，调节机构甚至运动元件也都可以利用微加工技术集成在一起，在相对极小的空间里制作出测量和控制系统。 各种各样的微传感器已经问世，测量对象从机械量的位移、速度和加速度到热工学量的温度和基于温度特性的红外图像和流速，以及磁场、化学成分等应有尽有。同传统传感器相比，微传感器具有体积小、质量轻、功能灵活、功耗小，以及成本低廉等特点。20世纪40年代初，德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。此后的半个多世纪以来，由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，其性能和精度也有了很大的完善和提高。美国AD公司、美国加州大学Berkeley分校(UCB)、德国Dresden大学、
市场上常见的压力传感器的种类及原理分析
市场上常见的压力传感器的种类及原理分析 什么是压力传感器呢?压力传感器是指将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流信号(4~20mADC)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节的元器件。它主要是由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成的（进气压力传感器）。 那么压力传感器的种类有哪些呢?就目前市场而言，压力传感器一般有差压传感器、绝压传感器、表压传感器，静态压力传感器和动态压力传感器。对于这几者之间的关系，我们可以这样定义定义：差压是两个实际压力的差，当差压中一个实际压力为大气压时，差压就是表压力。绝压是实际压力，而有意义的是表压力，表压力=绝压-大气压力。静态压力是管道内流体不流动时的压力。动态压力可以简单理解为管道内流体流动后发生的压力。 根据不同的方式压力传感器的种类也不尽相同。小编通过搜集整理资料，将与压力传感器的种类相关的知识做如下介绍，下面我们来看具体分析。 1.扩散硅压力传感器 扩散硅压力传感器工作原理是被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷)，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。 扩散硅压力传感器原理图 2.压电式压力传感器 (1)压电式压力传感器原理 压电式压力传感器原理基于压电效应。压电效应是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。 (2)压电式压力传感器的种类与应用 压电式压力传感器的种类和型号繁多，按弹性敏感元件和受力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片和压电元件组成。压电元件支撑于本体上，由膜片将被测压力传递给压电元件，再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号。这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温等。 现代测量技术对传感器的性能出越来越高的要求。例如用压力传感器测量绘制内燃机示功图，在测量中不允许用水冷却，并要求传感器能耐高温和体积小。压电材料最适合于研制这种压力传感器。石英是一种非常好的压电材料，压电效
MEMS加速度传感器
MEMS加速度传感器 一．有关MEMS与MEMS传感器 MEMS是微机电系统的缩写。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。 目前，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中微传感器占相当大的比例。微传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。 本文概述MEMS为加速度传感器的类型、工作原理、性能、应用和发展方向。重点介绍一下电容式MEMS加速度传感器和MEMS传感器的应用 二．MEMS微加速度传感器的原理 MEMS技术所制造的加速度传感器根据原理分类有压阻式加速度传感器、压电式加速度传感器、电容式加速度传感器、热电偶式加速度传感器、谐振式加速度传感器、光波导加速度传感器，其中应用最广泛、受关注程度最高的是电容式加速度传感器。 传统加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。 2.1压阻式加速度传感器
加速度传感器原理以及选用
加速度传感器原理以及选用 什么是加速度传感器？ 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。 加速度传感器一般用在哪里？ 通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。 加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。 目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。 加速度传感器是如何工作的？ 多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。 所谓的压电效应就是 "对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 "。 一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。 在选购加速度传感器的时候，需要考虑什么？ 模拟输出 vs 数字输出：这个是最先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的，比如2.5V对应0g的加速度，2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制（PWM）信号。 如果你使用的微控制器只有数字输入，比如BASIC Stamp，那你就只能选择数字输出的加速度传感器了，但是问题是你必须占用额外的一个时钟单元用来处理PWM信号，同时对处理器也是一个不小的负担。 如果你使用的微控制器有模拟输入口，比如PIC/AVR/OOPIC，你可以非常简单的使用模拟接口的加速度传感器，所需要的就是在程序里加入一句类似"acceleration=read_adc()"的指令，而且处理此指令的速度只要几微秒。 测量轴数量： 对于多数项目来说，两轴的加速度传感器已经能满足多数应用了。对于某些特殊的应用，比如UAV，ROV控制，三轴的加速度传感器可能会适合一点。 最大测量值： 如果你只要测量机器人相对于地面的倾角，那一个±1.5g加速度传感器就足够了。
压力传感器
压力传感器综述 压力传感器是在压力测量系统中，用来感应压力并将压力转换成与压力值成一定关系的电信号输出的敏感元件。根据工作原理不同压力传感器有压阻式、压电式、电容式、应变式、压磁式等类型；由于测量压力高低的不同，压力传感器有高压、中压、低压、微压和负压传感器等；由于用途不同，又有压差传感器、深度传感器、液面传感器、医用传感器以及应用在特殊场合的特种压力传感器；由于应用环境不同，又有一般型、防腐型、防高温型等压力传感器。为了输出标准直流电信号，便于计算机采集及与二次仪表规范配置，压力敏感元件可以与集成运算放大电路组成压力变送器。 1 压力传感器研究现状及发展趋势 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一，从宇宙开发到海底探秘，从生产的过程控制到现代文明生活，几乎每一项技术都离不开传感器，因此，许多国家对传感器技术的发展十分重视，如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器)之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外，还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合，又便于集成化，所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。 1.1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶段： (1)发明阶段(1945-1960年)：这个阶段主要是以1947年双极性晶体管的发明为标志。此后，半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(CS。Smith)与1945发现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2)技术发展阶段(1960-1970年)：随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的(001)或(110)晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点实现了金属-硅共晶体，为商业化发展提供了可能。 (3)商业化集成加工阶段(1970-1980年)：在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术，扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主，发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术，主要有V形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀，数千个硅压力膜可以同时生产，实现了集成化的工厂加工模式，成本进一步降低。 (4)微机械加工阶段(1980年-今)：上世纪末出现的纳米技术，使得微机械加工工艺成为可能。通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器，其线度可以控制
MEMS加速度传感器简介(最终版)
MEMS电容式加速度传感器 学校：哈尔滨工业大学（威海） 学院：信息与电气工程学院 专业：电子科学与技术 作者：胡诣哲090260207 纪鹏飞090260208
摘要 本文从MEMS电容式加速度传感器的基本原理切入，主要介绍了该类型传感器的原理和三种主要结构：三明治式、扭摆式、梳齿式及其各自结构方面优点。同时介绍目前应用较为广泛的集成式的基于电容原理的芯片MMA7455，主要分析了该集成传感器的内部结构和应用。 关键字：MEMS，电容式，加速度传感器，MMA7455 Abstract In this paper, we discussed the MEMS capacitive accelerometer from its fundamental principle and its three main structure which are sandwich, twist, and comb. Different structures have their own advantages. We also give the introduction to a popular IC accelerometer MM7455, putting an emphasis on its internal structure and some applications. Key words:MEMS, capacitive, accelerometer, MMA7455
一、引言 1.1 MEMS 加速度传感器简介 MEMS(Micro-Machined Electro Mechanical Sensor)是微机电机械传感器的简称，它是一种微米级的类似集成电路的装置和工具。MEMS 技术是一项有着广泛应用前景的基础技术。以半导体技术和微机电加工工艺设计、制造的MEMS 传感器，集成度高，并可与信号处理电路集成在一起，大大降低了生产成本，已在汽车、消费电子和通信电子领域取得极大发展。 MEMS 加速度传感器按敏感原理的不同可以分为压电式、压阻式、电容式、谐振式、热对流式等。本文主要介绍MEMS 电容加速度传感器。 二、传感器工作原理与常见结构 2.1 MEMS 电容式加速度传感器工作原理 电容式微加速度传感器的基本结构是质量块与固定电极构成的电容。当加速度使质量块产生位移时改变电容的重叠面积或间距。检测到的电容信号经过前置放大、信号调理后，以直流电压方式输出，从而间接实现对加速度的检测。 如图1所示，电容式加速度传感器由两块固定电极夹着一块活动电极。在静止的情况下，活动电极与两块固定电极的距离均为d 0形成两个大小为C 0的串联的电容。 当加速度传感器检测加速度时，活动电极受加速度力产生位移，两个电容的d 发生变化。根据平行板电容的计算公式： r S C d εε= 可知两个电容的大小将发生变化。由于此时电容值和极板间隙不是线性关系，常常采用差动电容检测方式以解决线性问题： 0002 000 2r r r S S S C d d d d d d εεεεεε?= - = ?-?+? 上式在d d ?<<时成立。
加速度传感器类型
加速度传感器类型 1. 直流响应加速度传感器的特点 直流响应加速度传感器是指具有直流耦合输出，能够响应低至0 赫兹的加速度信号。因此直流响应的加速度传感器适合同时测试静态和动态的加速度,但是也并不是只有需要测试静态加速度时才选择直流响应的加速度传感器。 直流响应加速度传感器主要有两种类别,分别是电容型和压阻型。下面说下就这两类加速度传感器各自的特点。 电容型电容型加速度传感器在当今是最通用的，在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。高的产量使得这类传感器成本低廉。但是这种低成本的加速度传感器受制于较低的信噪比，有限的动态范围。所有的电容型加速度传感器都具有内部时钟，它是检测电路必不可少的部分，由于泄漏经常会对输出信号产生干扰。这种噪声的频率远高于测量信号的频率，一般不会对测量结果造成影响，但是它始终和测试信号叠加在一起。由于内置了放大器芯片，其一般具有3 线或4 线差分输出接口，只要有直流供电便能工作。 压阻型压阻型加速度传感器是另一种广泛应用的直流响应加速度传感器。不同于电容型加速度传感器通过电容的变化测量加速度，压阻型加速度传感器通过应变电阻值的变化输出加速度信号，应变电阻是传感器惯性感应系统的一部分。很多工程师熟悉
应变片，并知道如何测量其输出。大多数的压阻型传感器对温度变化敏感，因而需要对其输出信号在传感器内部或外部做温度补偿。现代压阻型加速度传感器包含一个专用集成电路做在板信号处理，也包含温度补偿。 2. 交流响应加速度传感器的特点作为交流响应的加速度传感器，正如它的名称，它的输出是交流耦合的,这类加速度传感器不能用来测试静态的加速度，仅适合测量动态事件,比如重力加速度和离心加速度。最常用的交流响应加速度传感器是采用压电元件作为其敏感单元的。当有加速度输入时，传感器中的检测质量块发生移动使压电元件产生正比于输入加速度的电荷信号。从电学角度来看，压电元件如同一个有源的电容器，其内阻在10x9 欧姆级别。由内阻和电容决定了RC 时间常数，这也决定了传感器的高频通过特性。基于这个原因，压电加速度传感器不能用于测量静态事件。压电元件可来自于自然界或者人造。它们有着不同的信号转换效率和线性关系。市场上主要有两类压电加速度传感器－电荷输出型，电压输出型。大部分的压电加速度传感器采用锆钛酸盐陶瓷，具有很宽的工作温度范围，动态量程范围大，频率范围宽。电荷输出型 加速度传感器把压电陶瓷封装在具有气 密性的金属外壳中。由于具有抵抗严酷环境的能力，其具有非常好的耐久性。由于其具有很高的阻抗，该传感器需要配合电荷放大器和低噪声屏蔽电缆使用，最好是同轴电缆。低噪声电缆是指其具有低的摩擦电噪声，这是一种运动产生的来自电缆本身的噪
加速度传感器研究现状
加速度传感器研究现状 【摘要】加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。介绍了加速度传感器的产生，加速度传感器的应用和原理和加速度传感器的未来发展趋势。随着传感器的发展加速度传感器加速度传感器未来发展态势喜人，加速度传感器的应用也越来越普遍，生活中好多地方都应用到。本论文论述我加速度传感器的各方面应用和未来发展态势。 Acceleration sensor is capable of measuring acceleration of electronic devices. Describes the generation of acceleration sensor and acceleration sensor and acceleration sensor applications and principles of the future development trends. With the development of sensors accelerometer gratifying trend of future development, acceleration sensor applications are increasingly common, many places in life are applied to. This paper discusses various aspects of my application acceleration sensor and the future development trend. 【关键字】加速度传感器，工作原理，应用，发展态势
光纤光栅压力传感器
The research of FBG pressure sensing on the application of engineering ABSTRACT Fiber grating is one of the most rapid passive optical fiber components in recent years. Since 1978, the year when K.O.Hill and others first used the standing wave writing way in the germanium-doped fiber and make the world's first fiber grating, because of its’ many unique advantages, the use of the fiber grating in optical fiber communications Fields and fiber optic sensor Fields are broad prospected. With fiber grating manufacturing technology continues to improve, and the outcome of the application increasing, the fiber grating has been one of the most promising and representative optical passive components. The emergence of fiber grating makes many of the complex all-fiber communications and sensor networks possible, which greatly widened the scope of application of optical fiber technology. As sensor component, fiber grating also possesses other special functions. For example, high ability of resisting electromagnetism disturb, small size and weight, high temperature-proof, high ability of multiplex, being liable to connect with fiber, low loss, good spectrum characteristic, erosion-proof, high sensitivity, being liable to deform and so on. At present, the sensor that adopts FBG (fiber Bragg grating) as sensor components has become the main stream of development and cultivation. Pressure is the direct cause of the drifting of the Bragg wavelength of the grating, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology. The design is on the basis of understanding of FBG sensing elements; explore the using of FBG pressure character, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology. Bring forward a package project that can be used and the text.