摘 要

感官是人类得到信息的基础，但是随着社会不断发展，仅仅只靠自身，在我们学习生活中越来越难观察到事物的本质。所以我们不得不依靠传感器。科技飞速发展，人类社会到达了信息化时代。如何高效的获取信息，最重要的是得到信息的可靠性，传感器发挥了十分重要的作用。在众多压力传感器中电容式压力传感器因其高灵敏度和小功耗的优点得到越来越多的关注，但是由于敏感机制的局限性，由于电容宽度变化的压力传感器都会有着线性度低的缺点

在这种压力传感器中，通常分为接触式电容式传感器与非接触式电容式传感器。它们的电容压力曲线一般是互补，一个是凹函数一个是凸函数。所以将接触式电容式压力传感器与非接触式压力传感器进行线性组合在理论上能够增加电容式压力传感器的线性度。本课题拟利用接触式与非接触式电容结构进行组合对电容式压力传感器的线性度进行优化并建立对应的优化规则。分别计算两种传感器的电容与压力关系，将它们进行线性组合提高传感器线性度。

关键词： 电容式压力传感器 接触式 非接触式 线性度

Abstract

Optimization of Capacitive Pressure Sensor

Sensory organs are the basis for human beings to get information, but with the continuous development of society, it is more and more difficult to observe the essence of things in our study and life only by ourselves. So we have to rely on sensors. How to obtain information efficiently, the reliability of information is crucial. Sensors play a very important role. Among many pressure sensors, capacitive pressure sensors have attracted more and more attention on account of their high response rate and well energy conservation. However, due to the limitation of the sensitive mechanism, capacitive pressure sensors with variable plate spacing have non-linearity.

In capacitive pressure sensors, they are usually divided into contact capacitive sensors and non-contact capacitive sensors. Their capacitive pressure curves are generally complementary, one is concave function and the other is convex function. Therefore, the linear combination of contact capacitive pressure sensor and non-contact pressure sensor can theoretically increase the linearity of capacitive pressure sensor. In this paper, the linearity of capacitive pressure sensor is optimized by combining contact and non-contact capacitive structures, and the corresponding optimization rules are established. The relationship between capacitance and pressure of the two kinds of sensors is calculated, and they are linearly combined to improve the linearity of the sensors.

Keywords：Capacitive Pressure Sensor ;touch mode;non-touch mode;Linearit

目录

摘 要 I

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 MEMS压力传感器的分类 2

1.2.1压阻式压力传感器 2

1.2.2电容式压力传感器 2

1.2.3谐振式压力传感器 3

1.2.4压电式压力传感器 3

1.2.5 电感式压力传感器 4

1.2.6各种压力传感器的比较 4

1.3 国内外对于电容式压力传感器的研究现状 4

1.3.1 对于电容式压力传感器的技术的基础性研究介绍 4

1.3.2 电容式压力传感器的发展 5

1.4研究意义及内容安排 7

第二章 提高线性度的原理 8

2.1电容值的计算 8

2.2如何提高线性度 8

第三章 非接触式电容式压力传感器的理论模型 9

3.1非接触式压力传感器基本原理 9

3.2 非接触式弹性膜 9

3.3 电容的计算 10

第四章 接触式电容式压力传感器的理论模型 12

4.1接触式压力传感器基本原理 12

4.2接触式弹性膜 12

4.3电容的计算 15

第五章 两种传感器的比较 20

5.1引言 20

5.2比较总结 20

第六章 总结与展望 24

6.1总结 24

6.2展望 24

参考文献 25

第一章 绪论

研究背景及意义

科技飞速发展，人类社会到达了信息化时代。如何高效的获取信息，最重要的是得到信息的可靠性，传感器发挥了十分重要的作用。传感器在物联网中也至关重要。物联网的关键技术包括新型传感器科技，传感器科技是建设物联网的根基。发展物联网首先要大力发展传感器技术。 而压力传感器在人们的生产生活中有着巨大的作用，其应用在许多领域如铁路交通，医疗设备，水利方面。要发展好传感器技术，我们要对许多方面的知识都十分了解，其发展与其他学科知识密切相关。20世纪半导体的发现极大的加速了传感器技术的发展。半导体传感器分为多种，如压阻式，电容式，电感式，谐振式传感器等等。一开始发展的是压阻式传感器，但由于有着受温度影响大，非线性，价格昂贵等缺点。科学家又将目光转向电容形式的。他们的主要差别在与他们的原理及制造方法不同，压阻形式的理论在于极板边缘的受力，电容式压力传感器主要考虑受力后的极板间的形变量的大小。和压阻式压力传感器不同，电容式压力传感器有这更高的敏感程度，结构相对简便、温漂小等优点。尽管电容式传感器拥有大量优势，但是电容式压力传感器受压后的形变量的关系一般不是一条直线，这导致其压力与电容关系通常也是非线性的。所以提高电容式压力传感器的输入输出的线性度是制造这种压力传感器的重中之重。

起初，压力传感器一直在使用金属作为监测器件。但随着MEMS科技的发展，人类开始使用硅材料作为测量元件。由于其生产简易，价格较低，这种传感器在市场上越来越受到欢迎。

MEMS压力传感器的分类

MEMS名为微机电系统，“微”指的是其尺寸一般是微米级别的，MEMS是一个先进的制造系统，它的发展以半导体科技为基础，与微电子，机械，化工航天领域密切相关。MEMS的出现大大推动了压力传感器的发展。

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