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大賽作品詳情

作品名稱：電容諧振式 MEMS 壓力傳感器結構設計
學校名稱：山東理工大學
參賽隊伍：rocket隊
隊伍編號：198093
參賽學生：房子龍韓詩林鄒昕澎
指導老師：莊須葉
投票日期：2024年10月08日 00:00->2024年12月05日 15:00
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詳細說明

諧振式壓力傳感器以其高檢測精度、小體積、信號傳輸方便而被廣泛應用于航

空航天、工業生產及海洋勘探等領域。國內外專家學者針對諧振壓力傳感器做了大

量的研究工作，推動了傳感器的更新迭代。然而，隨著社會的發展，智能化生產對

基層數據的精度和數量要求越來越高。對壓力傳感器的量程、靈敏度和精度等方面

提出了更高的應用要求?；诖耍疚姆謩e提出了一種壓力溫度集成、一種高靈敏

度，和一種量程和靈敏度兼容的 MEMS 壓力傳感器。

由于傳統的獨立壓力傳感器其測量結果會受到溫度變化的影響，同時溫度傳

感器的讀數又可能因壓力變動而產生偏差，所以目前通過獨立壓力傳感器和溫度

傳感器集成的壓力-溫度傳感器雖然能夠同時獲取壓力和溫度數據，但這種相互影

響的現象仍然不可避免地降低了傳感器的測量精度。針對這一問題，提出了一種壓

力溫度集成的差分式傳感器，結構通過雙諧振子實現壓力溫度的協同傳感。通過分

析膜片中心和邊緣處諧振子的不同響應，分別獲取拉應力和壓應力的頻率特征，進

而解碼出壓力信號。同時，利用溫度變化影響諧振梁的等效剛度，進而改變諧振梁

諧振頻率原理，同樣能通過監測諧振梁的頻率變化來獲取溫度信息。傳感器可以在

一次頻率測量中同時實現壓力和溫度的標定，更準確地反映實際情況。根據結構設

計，推導了諧振子的頻率方程，建立了動力學模型，利用有限元對結構參數進行了

分析和優化，完成了傳感器結構的制作。針對芯片尺寸設計了封裝管殼，并對單梁

結構進行了壓力的開環測試。測試結果表明，壓力溫度傳感器單梁結構在 0-40kPa

壓力范圍下，壓力響應為 79.87Hz/kPa。在 20-80℃溫度范圍內，溫度的響應為 61.61

Hz/℃。測試結果驗證了壓力溫度傳感器可行性。

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