【摘 要】
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本文给出基于MEMS技术设计的三维磁场/三轴加速度/压力多功能集成化传感器基本结构,其中三维磁场传感器由五只霍尔磁场传感器和磁场集中器构成,基于霍尔效应和磁场集中器原理
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本文给出基于MEMS技术设计的三维磁场/三轴加速度/压力多功能集成化传感器基本结构,其中三维磁场传感器由五只霍尔磁场传感器和磁场集中器构成,基于霍尔效应和磁场集中器原理,可实现三维磁场(B_x、B_y和B_z)测量;三轴加速度传感器由弹性元件和压敏电阻构成,弹性元件包括四个L型双梁、两个质量块及中间双梁,十二个压敏电阻分布在L型双梁和中间双梁的根部,分别构成三个惠斯通电桥结构,基于压阻效应可实现三轴加速度(a_x、a_y和a_z)测量;压力传感器由方形硅膜和位于边缘区域的四个压敏电阻构成,利用扩散硅压阻效应可实现外加压力(P)测量。在此基础上,本文采用TCAD-Atlas软件构建三维磁场传感器仿真模型,并且采用ANSYS Workbench软件构建磁场集中器、三轴加速度传感器和压力传感器结构仿真模型,分别进行传感器特性仿真分析,给出了传感器设计方案,并使用L-Edit软件,完成集成传感器版图的设计。基于MEMS技术制作了集成化传感器芯片,采用了内引线压焊技术和无磁性封装材料,实现芯片无磁化封装。本文对封装完成的集成化传感器芯片进行特性测试,在室温条件下,供电电压为5.0V时,实验结果给出三维磁场传感器沿x方向、y方向和z方向磁灵敏度分别为15.2mV/T、15.5mV/T和301.5mV/T;三轴加速度传感器沿x轴、y轴和z轴灵敏度分别为164.025μV/g、49.208μV/g和37.392μV/g;压力传感器灵敏度为0.104mV/kPa。
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