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1 压阻式MEMS传感器内部结构及原理

所有传感器中，最早应用了MEMS技术的是压力传感器，而且在目前的传感器市场上占有很大的比率，早已投入批量生产和应用。目前，MEMS压力传感器在汽车发动机电控系统中运用不多，其与ECU通信方式同于传统的压力传感器，运行过程中能够将检测到的压力信号转换为电信号输出，方便发动机ECU处理信号[1]。

汽车MEMS压力传感器中最常用的是压阻式，它是采用四个高精度半导体电阻应变片组成惠斯通电桥，以这种电路形式作为外界压力与输出电信号之间变换的测量电路的。压阻式MEMS传感器具有较高的测量精度，但并没有提高功耗，其工作过程中的功耗反而降低，最关键的一点是成本极低。

MEMS压阻式压力传感器的惠斯通测量电桥采用了四个高精密电阻应变片，运用特殊加工工艺将这四个电阻应变片刻制在应力最大处很高，如果严格要求精确度，可以达到0.01%～0.03%这样一个水平。

MEMS压阻式压力传感器内部结构分为三层，中层是测压力类传感器常用的硅晶体应变片，应变片的上层和下层分别有一层具有一定厚度的高强度耐压玻璃体，并在它的中部做成一个应力沟槽，这个应力沟槽可以承受的应力，经特殊工艺加工、刻蚀、封装后的MEMS

MEMS压阻式压力传感器的基本原理和工作过程是：当来自外界的压力施加在传感器应力沟槽上时，硅晶体应变片就会因弹性形变使自身电阻发生变化，这一现象就是电阻应变效应。所以，惠斯通电桥中的四个电阻应变片因受到压力进一步发生电阻变化，原先保持电位平衡的惠斯通电桥不再平衡，惠斯通电桥就会输出与所受压力成正比的电压信号。

2 压阻式MEMS压力传感器的应用

在大众AJR发动机电控系统中，传统的压力传感器体积较大、性能一般、功耗较大、响应速度慢。如果将MEMS压力传感器应用于AJR电控系统将大大节省发动机空间，进一步提高系统性能，并且在短时间内实现监测功能，同时保证较小的功耗。这种压力传感器可用于测量AJR发动机系统中的气体压力，比如：进气歧管的压力、真空管压力、轮胎内部的压力；液体的压力，比如：机油压力和燃油的油压等；固体的压力，一般情况下也称测固体压力的汽车压力传感器为碰撞传感器。下面通过表1具体看一下传统的压力传感器在AJR发动机电控系统中的主要用途。以轮胎压力传感器为例，简单说明一下压阻式压力传感器在汽车上的应用。在各种交通事故中，汽车轮胎爆胎是经常发生并且可能会引起致命车祸的原因之一，所以基本所有车辆都装备有轮胎压力监测系统[2]。因为轮胎内部的气压通常与内部温度有关系，所以在轮胎压力传感器内部集成了一个尺寸较小的温度传感器，辅助测量轮胎内气压。

表1 汽车压力传感器

与传统压力传感器相比，汽车MEMS压力传感器有获得较高的灵敏度。以AJR发动机进气歧管压力传感器为例，说明它与发动机ECU之间的关系。MEMS半导体压阻式压力传感器能够测量的压力范围与力敏膜片的厚度有直接的关系，但周围环境温度等因素也能够影响到输出信号的准确率，所以为防止内部力敏芯片受温度影响，电路中扩充了调理电路进行补偿。

压阻式MEMS压力传感器除了在进气歧管压力检测、轮胎气压自动监测系统中应用之外，还可用于AJR发动机尾气系统中。MEMS压力传感器的适应性较强，在AHR发动机应用的轮胎压力监测系统中，不论什么类型的轮胎，都能快速、准确并且实时测量轮胎内部的气压，同时由于MEMS压阻式压力传感器内部带有温度敏感元件，还可以一同监测轮胎内的温度以及轮胎旋转的转速等，这些辅助测出的信号最终以一种特定的代码发送给AJR发动机ECU。目前，各国汽车行业对胎压监测系统都很重视，这样就为MEMS压力传感器提供了广阔的市场。

MEMS传感器不仅仅应用于汽车，工业、农业、航天、电子、安防等系统都大量的应用。MEMS传感器就像动物的触角，就像人类的皮肤、眼睛等，带领我们感知神秘的世界和探索大自然的奥秘。