热激励谐振式碳化硅微结构高温压力传感器研究

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本文基于碳化硅材料提出了一种新型的谐振式热激励压阻拾取的微结构压力传感器,该传感器与传统压力传感器相比,具有耐高温(>500℃)、高精度、高可靠性等优点。 本文研究了碳化硅的晶体结构和分类,对碳化硅的电特性、机械特性、热特性进行了研究,选用6H-SiC作为制造谐振式敏感结构的晶体类型。 本文主要根据提出的传感器结构,基于弹性力学的相关理论,采用小挠度理论导出了传感器感应膜和谐振梁的数学解析模型。然后运用Matlab和IIANSYS软件结合数学解析模型,分析了膜片的应变及应力分布,以及梁谐振子的频率特性,有限元分析该特性曲线的线性度大于0.994。对于传感器的热特性,分析了外界环境温度发生骤变时微传感器的特性变化,用热力学解析和有限元分析的方法求解了初始热应力的大小,得出传感器的温度系数为0.02/℃。 本文的另外的重点是在对传感器结构进行单参数分析的基础上,应用优化理论对传感器结构进行了多参数优化,提出了一种新的结构,建立了优化函数,考虑实际加工工艺、封装以及敏感结构体积等因素,给出最优方案。最后讨论了传感器结构参数选择时应遵循的原则。
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