�。币�

　　微機(jī)電系統(tǒng)（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ，ｍｅｍｓ）是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。它涉及電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，全世界有大約６００余家單位從事ｍｅｍｓ的研制和生產(chǎn)工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數(shù)字微鏡顯示器在內(nèi)的幾百種產(chǎn)品，其中微傳感器占相當(dāng)大的比例。微傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級(jí)的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。本文概述國(guó)內(nèi)外目前已實(shí)現(xiàn)的微機(jī)械傳感器特別是微機(jī)械諧振式傳感器的類型、工作原理、性能和發(fā)展方向。

　�。参鞲衅餮芯康默F(xiàn)狀與發(fā)展方向

　　２．１微機(jī)械壓力傳感器

　　微機(jī)械壓力傳感器是最早開(kāi)始研制的微機(jī)械產(chǎn)品，也是微機(jī)械技術(shù)中最成熟、最早開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。從信號(hào)檢測(cè)方式來(lái)看，微機(jī)械壓力傳感器分為壓阻式和電容式兩類，分別以體微機(jī)械加工技術(shù)和犧牲層技術(shù)為基礎(chǔ)制造。從敏感膜結(jié)構(gòu)來(lái)看，有圓形、方形、矩形、ｅ形等多種結(jié)構(gòu)。目前，壓阻式壓力傳感器的精度可達(dá)０．０５％～０．０１％，年穩(wěn)定性達(dá)０．１％／ｆ．ｓ，溫度誤差為０．０００２％，耐壓可達(dá)幾百兆帕，過(guò)壓保護(hù)范圍可達(dá)傳感器量程的２０倍以上，并能進(jìn)行大范圍下的全溫補(bǔ)償［１］�，F(xiàn)階段微機(jī)械壓力傳感器的主要發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面。

　�。ǎ保⿲⒚舾性c信號(hào)處理、校準(zhǔn)、補(bǔ)償、微控制器等進(jìn)行單片集成，研制智能化的壓力傳感器。

　　這一方面，ｍｏｔｏｒａｌａ公司的ｙｏｓｈｉｉｙ等人在ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ＇９７上報(bào)道的單片集成智能壓力傳感器堪稱典范［２］。這種傳感器在１個(gè)ｓｏｉ晶片上集成了壓阻式壓力傳感器、溫度傳感器、ｃｍｏｓ電路、電壓電流調(diào)制、８位ｍｃｕ內(nèi)核（６８ｈ０５）、１０位模／數(shù)轉(zhuǎn)換（ａ／ｄ）器、８位數(shù)模轉(zhuǎn)換（ｄ／ａ）器，２ｋ字節(jié)ｅｐｒｏｍ、１２８字節(jié)ｒａｍ，啟動(dòng)系統(tǒng)ｒｏｍ和用于數(shù)據(jù)通信的外圍電路接口，其輸出特性可以由ｍｃｕ的軟件進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償，在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)具有極高的精度和良好的線性。

　�。ǎ玻┻M(jìn)一步提高壓力傳感器的靈敏度，實(shí)現(xiàn)低量程的微壓傳感器［３］。

　　這種結(jié)構(gòu)以ｅｎｄｅｖｃｏ公司在１９７７年提出的雙島結(jié)構(gòu)為代表，它可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力集中從而提高了壓阻式壓力傳感器的靈敏度，可實(shí)現(xiàn)１０ｋｐａ以下的微壓傳感器。１９８９年復(fù)旦大學(xué)提出１種梁膜結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力集中，其結(jié)構(gòu)可看作１個(gè)正面的啞鈴形梁疊加在平膜片上，可實(shí)現(xiàn)量程為１ｋｐａ的微壓傳感器。另外還有美國(guó)ｈｏｎｙｗｅｌｌ公司在１９９２年提出的“ｒｉｂｂｅｄａｎｄｂｏｓｓｅｄ”結(jié)構(gòu)和德國(guó)柏林技術(shù)大學(xué)提出的類似結(jié)構(gòu)。這種微壓傳感器用于脈動(dòng)風(fēng)壓、流量和密封件泄露量標(biāo)識(shí)等領(lǐng)域。

　�。ǎ常┨岣吖ぷ鳒囟�，研制高低溫壓力傳感器。

　　壓阻式壓力傳感器由于受ｐｎ結(jié)耐溫限制，只能用于１２０℃以下的工作溫度，然而在許多領(lǐng)域迫切需要能夠在高低溫下正常工作的壓力傳感器，例如測(cè)量鍋爐、管道、高溫容器內(nèi)的壓力，井下壓力和各種發(fā)動(dòng)機(jī)腔體內(nèi)的壓力。目前對(duì)高溫壓力傳感器的研究主要包括ｓｏｓ、ｓｏｉ、ｓｉｃ、ｐｏｌｙｓｉ合金薄膜濺射壓力傳感器、高溫光纖壓力傳感器、高溫電容式壓力傳感器等。其中６ｈｓｉｃ高溫壓力傳感器可望在６００℃下應(yīng)用［４］。

　�。ǎ矗╅_(kāi)發(fā)諧振式壓力傳感器。

　　微機(jī)械諧振式壓力傳感器除了具有普通微傳感器的優(yōu)點(diǎn)外，還具有準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出，抗干擾能力強(qiáng)，分辨力和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。硅微諧振式傳感器的激勵(lì)／檢測(cè)方式有電磁激勵(lì)／電磁拾振、靜電激勵(lì)／電容拾振、逆壓電激勵(lì)／壓電拾振、電熱激勵(lì)／壓敏電阻拾振和光熱激勵(lì)／光信號(hào)拾振［５］。其中，電熱激勵(lì)／壓敏電阻拾振的微諧振式壓力傳感器價(jià)格低廉，與工業(yè)ｉｃ技術(shù)兼容，可將敏感元件與信號(hào)調(diào)理電路集成在１塊芯片上，具有誘人的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)主要有中科院電子所［６］、北京航空航天大學(xué)［７－９］和西安交通大學(xué)［１０］從事這方面的研究，精度可達(dá)到０．３７％。我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)這種傳感器的溫度交叉靈敏度較大，為此設(shè)計(jì)了一種具有溫度自補(bǔ)償功能的復(fù)合微梁諧振式壓力傳感器。諧振器由在同一硅片上制作的微橋諧振器和微懸臂梁諧振器組成，微橋諧振器和微懸臂梁諧振器材料相同，厚度相等或相近，制作工藝完全相同，同時(shí)制作，因而二者對(duì)溫度變化可以同步響應(yīng)。通過(guò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，作為溫敏元件的微懸臂梁諧振器的諧振頻率實(shí)時(shí)補(bǔ)償溫度變化對(duì)微橋諧振器諧振頻率的交叉靈敏