压力传感器的力学特性分析

摘要

场发射压力传感器是一种新型的压力传感器.器件结构上我们采取硅尖锥阵列体既作为阴极又是受力敏感膜的方案.其工作原理是,在阳极和阴极之间加上电压,当电压足够高时,硅尖锥阵列产生场致发射,通过测量力敏感膜受力后场致发射电流的变化就可以间接计算出所受外力的大小.力敏感膜的形变特性对压力传感器的灵敏度有重要影响,其受力后越容易形变灵敏度就越高,可是为保证传感器正常工作,力敏感膜在受力形变后又要避免阴极和阳极接触而短路.这在一定程度上限制了传感器的压力测量范围.因此,提高传感器的灵敏度和量程是一对矛盾,通过对力敏感膜的形变分析,可以对传感器的灵敏度和量程进行估计,进行最优化设计.本文从数值计算机模拟两方面分析了力敏感膜的形变特性.我们首先用传统的板壳理论对两种不同厚度(其它参数相同)的平板在不同压力形变进行了数值计算,然后用ANSYS软件对同等条件下的硅尖锥阵列体的形变进行了模拟,对两种计算结果进行了比较,得出了硅尖锥阵列体近似线性的形变特性曲线,并且求出了用表达式求解硅尖锥阵列体形变的修正值,为后继工作提供了方便.