压阻式压力传感器的设计与仿真.docx

摘要：传感器是一种以测量为主要功能的器件或装置，与此同时它能感受到被测量对象按照相关的规律转变成可以研究的输出信号。

一般情况下，传感器通常只由敏感元件和转换元件构成。随着半导体技术的不断向前发展，充当传感器主要组成部分的压力传感器已经逐渐发展为产业化、集成化、微型化、智能化和标准化，并且它的性能也在相应的提高，应用领域非常广泛，已经涉及到计量部门、汽车行业、航空航天事业等诸多方面。

课题主要目的是设计得到高灵敏度的压阻式传感器。建立压阻式压力传感器的有限元模型；分析影响灵敏度的参数。通过传感器模型参数的调节，研究压力传感器各参数对传感器测量结果的影响，从而进一步优化设计参数。结合网上与文献中的资料，选择不同结构的压阻式传感器，并利用COMSOL软件绘制出薄膜与压阻模型并且进行设计与仿真。根据仿真的结果分析薄膜表面在压力的作用下产生的位移变化关系图，以及在采用恒压源的模式下，分析压力的变化所导致电流的变化,然后对于以上两个图绘制观察。

本文采用两种研究路径，一是研究压阻位置对灵敏度的影响；二是研究压阻尺寸形状对灵敏度的影响。最终通过数据处理和分析，确定压阻式压力传感器设计参数。

关键词：压阻式压力传感器；灵敏度；参数；有限元模型；电流

目录

摘要

Abstact

第一章 绪论5

1.1压阻式压力传感器的研究背景5

1.2 压力传感器国内外研究现状6

1.2.1 光纤压力传感器6

1.2.2 绝压压阻式压力传感器  7

1.2.3 差压压阻式压力传感器 7

1.2.4 SOI压阻式压力传感器 8

1.2.5 石墨烯压阻式压力传感器9

1.2.6 硅纳米线压阻式压力传感器9

1.3   压力传感器的发展趋势10

1.4  压阻式压力传感器的性能参数11

1.5 本论文的主要研究工作12

第二章 压阻式压力传感器模型构建与结构仿真14

2.1 压阻式压力传感器的工作原理14

2.1.1 压阻效应14

2.1.2 弹性膜片变形小挠度理论15

2.1.3 压阻式压力传感器的结构设计15

2.2 压阻式压力传感器的模型尺寸与参数设定15

2.3 压阻式压力传感器的模型构建步骤16

2.3.1 几何构建16

2.3.2 定义19

2.3.3材料20

2.3.4物理场（压敏电阻，边界电流）21

2.3.5网格22

2.4 压阻式压力传感器的模型仿真25

2.4.1 点构建25

2.4.2 压阻式压力传感器模型研究26

2.5 本章总结27

第三章 压阻式压力传感器的仿真分析与结果处理28

3.1膜位移与压力的关系28

3.1.1点计算的建立28

3.1.2 在100[kPa]下的膜位移28

3.1.3 图形分析29

3.2终端电流与压力的关系29

3.2.1分析位置不同所导致的电流与压力关系29

3.2.2分析压阻形状不同所导致的电流与压力关系31

3.3灵敏度的计算32

3.4分析总结33

第四章 总结及展望34

4.1 论文总结34

4.2未来展望34

致谢35

参考文献36