MEMS壓力傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-08-27 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】MEMS是在集成電路生產(chǎn)技術(shù)和專用的微機(jī)電加工方法的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來(lái)的高新科技,其研究開(kāi)發(fā)主要集中在微傳感器、微執(zhí)行器和微系統(tǒng)三個(gè)方面,目前主導(dǎo)MEMS市場(chǎng)的傳感器已形成產(chǎn)業(yè)。
MEMS簡(jiǎn)介:
MEMS是在集成電路生產(chǎn)技術(shù)和專用的微機(jī)電加工方法的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來(lái)的高新科技,其研究開(kāi)發(fā)主要集中在微傳感器、微執(zhí)行器和微系統(tǒng)三個(gè)方面,目前主導(dǎo)MEMS市場(chǎng)的傳感器已形成產(chǎn)業(yè)。用此技術(shù)研制的五花八門(mén)的微傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、響應(yīng)快、靈敏度高、易生產(chǎn)、成本低的優(yōu)勢(shì),可以測(cè)量各種物理量、化學(xué)量及生物量。
應(yīng)用領(lǐng)域:
在市場(chǎng)引導(dǎo)、科技推動(dòng)、風(fēng)險(xiǎn)投資、政府介入等多重作用下,汽車(chē)MEMS傳感器發(fā)展迅速,現(xiàn)已成為相關(guān)部門(mén)爭(zhēng)先投資開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。在高檔汽車(chē)中,大約采用25至40只MEMS傳感器,技術(shù)上日趨成熟完善,可滿足汽車(chē)環(huán)境苛刻、可靠性高、精度準(zhǔn)確、成本低的要求,極大地推動(dòng)了電子技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)一直被認(rèn)為是MEMS壓力傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一,可用于測(cè)量進(jìn)氣歧管壓、大氣壓、油壓、輪胎氣壓等。
工作原理:
最流行的汽車(chē)MEMS壓力傳感器采用壓阻式力敏原理,這是現(xiàn)有幾種力敏傳感器中用量最大的一種,開(kāi)發(fā)出幾代產(chǎn)品,年產(chǎn)量為數(shù)千萬(wàn)只。這種傳感器用單晶硅作材料,以MEMS技術(shù)在材料中間制作成力敏膜片,然后在膜片上擴(kuò)散雜質(zhì)形成4只應(yīng)變電阻,再以惠斯頓電橋方式將應(yīng)變電阻連接成電路,來(lái)獲得高靈敏度,其輸出大多為0~5V模擬量,測(cè)量范圍取決于力敏膜片的厚度,一枚晶片上可同時(shí)制作許多個(gè)力敏芯片,易于批量生產(chǎn),力敏芯片受溫度影響性能采用調(diào)理電路補(bǔ)償。
汽車(chē)用壓力傳感器被稱為是軍品的質(zhì)量、民品的價(jià)格。其環(huán)境實(shí)驗(yàn)要求是極為嚴(yán)格的(表2)。封裝好的傳感器通過(guò)嚴(yán)格的環(huán)境測(cè)試后,一般能保證0.1%~0.3%F.S.的穩(wěn)定性,即使經(jīng)受最嚴(yán)格的長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試,仍能維持1%F.S.的穩(wěn)定性。信號(hào)調(diào)理電路和標(biāo)定及封裝也是生產(chǎn)中的極其關(guān)鍵技術(shù),科技含量超過(guò)力敏芯片的制作。例如,測(cè)量燃油噴射的壓力傳感器長(zhǎng)期與液態(tài)燃料接觸,并承受高壓,組裝固定和安裝尺寸的設(shè)計(jì),涉及到大量的結(jié)構(gòu)分析、機(jī)械應(yīng)力測(cè)試、介質(zhì)暴露測(cè)試、電路修正等技術(shù)。
市場(chǎng)應(yīng)用:
目前,可以提供汽車(chē)MEMS壓力傳感器的有德州儀器、德國(guó)博世等公司,一般年產(chǎn)量在100萬(wàn)只以上,這是汽車(chē)量產(chǎn)的需求,也是回收巨額投資的條件。部分廠家已研制成功力敏芯片與外圍信號(hào)處理電路集成化的汽車(chē)MEMS壓力傳感器,估計(jì)今后的價(jià)格會(huì)降至5~7美元。博世公司采用表面MEMS技術(shù),研制出微型化的硅質(zhì)量流量傳感器,很多汽車(chē)廠家正對(duì)這種新型傳感器進(jìn)行評(píng)估。
汽車(chē)電控燃油噴射系統(tǒng)EFI要使用多重壓力MAP傳感器,監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧絕對(duì)壓力,提高其動(dòng)力性能,降低油耗,減少?gòu)U氣排放。微型硅壓阻式MEMS壓力傳感器可用于發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣循環(huán)系統(tǒng),替代陶瓷電容式壓力傳感器,汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)中的壓力測(cè)量也是MEMS的一個(gè)很大市場(chǎng)。除現(xiàn)有的各種應(yīng)用外,另一個(gè)極具市場(chǎng)前景的是輪胎氣壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),MEMS壓力傳感器適合于任何類型的輪胎,在輪胎胎壁埋設(shè)一小塊感壓力敏芯片,自動(dòng)測(cè)量輪胎氣壓、溫度、轉(zhuǎn)速和其它一些數(shù)據(jù),并用特定的代碼發(fā)送出來(lái)。目前,已有不少實(shí)時(shí)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問(wèn)世,使輪胎始終保持良好的應(yīng)用性能,可提高安全系數(shù),縮短制動(dòng)距離5~10%,并能降低油耗10%左右。最近,隨著燧石爭(zhēng)論(FirestoneControversy)的復(fù)蘇,美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)一項(xiàng)法案,要求到2004年每一輛汽車(chē)都要裝用車(chē)胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),政府的介入為MEMS傳感器開(kāi)啟了更廣闊的市場(chǎng),許多廠家正為此展開(kāi)角逐。
沒(méi)想到mems壓力傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用居然這么多,這么廣吧?
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