導讀：chuanganqijishushixiandaicelianghezidonghuaxitongdezhongyaojishuzhiyi，congyuzhoukaifadaohaiditanmi，congshengchandeguochengkongzhidaoxiandaiwenmingshenghuo
，jihumeiyixiangjishudoulibukaichuanganqi，yinci，xuduoguojiaduichuanganqijishudefazhanshifenzhongshi。如日本把傳感器技術列為六大核心技術（計算機、通信、激光、半導體、超導體和傳感器）之一。

　　在各類傳感器中壓力傳感器具有體積小
、重量輕、靈敏度高、穩定可靠、成本低
、便於集成化的優點，可廣泛用於壓力、高度
、加速度
、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控製。除此以外

，還廣泛應用於水利
、地質、氣象、化工、醫療衛生等方麵。由於該技術是平麵工藝與立體加工相結合，又便於集成化,所以可用來製成血壓計、風速計、水速計、壓力表

、電子稱以及自動報警裝置等。壓力傳感器已成為各類傳感器中技術最成熟、性能最穩定、性xing價jia比bi最zui高gao的de一yi類lei傳chuan感gan器qi。因yin此ci對dui於yu從cong事shi現xian代dai測ce量liang與yu自zi動dong控kong製zhi專zhuan業ye的de技ji術shu人ren員yuan必bi須xu了le解jie和he熟shu識shi國guo內nei外wai壓ya力li傳chuan感gan器qi的de研yan究jiu現xian狀zhuang和he發fa展zhan趨qu勢shi。

　　1、 壓力傳感器的發展曆程

　　現代壓力傳感器以半導體傳感器的發明為標誌,而半導體傳感器的發展可以分為四個階段[1 ] ：

　　（1） 發明階段（1945 - 1960 年） :這個階段主要是以1947 年雙極性晶體管的發明為標誌。此後,半導體材料的這一特性得到較廣泛應用。史密斯（C.S. Smith） 與1945 發現了矽與鍺的壓阻效應[2 ] ，即當有外力作用於半導體材料時,其電阻將明顯發生變化。依據此原理製成的壓力傳感器是把應變電阻片粘在金屬薄膜上,即將力信號轉化為電信號進行測量。此階段最小尺寸大約為1cm。

　　（2） 技術發展階段（1960 - 1970 年）：隨著矽擴散技術的發展,技術人員在矽的（001） 或（110） 晶麵選擇合適的晶向直接把應變電阻擴散在晶麵上,然後在背麵加工成凹形,形成較薄的矽彈性膜片,稱為矽杯[3 ] 。這種形式的矽杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高
、穩定性好、成本低
、便於集成化的優點,實現了金屬- 矽共晶體,為商業化發展提供了可能。

　　（3） 商業化集成加工階段（1970 - 1980 年） :在矽杯擴散理論的基礎上應用了矽的各向異性的腐蝕技術,擴散矽傳感器其加工工藝以矽的各項異性腐蝕技術為主,發展成為可以自動控製矽膜厚度的矽各向異性加工技術[4 ] ,主要有V 形槽法
、濃硼自動中止法、陽極氧化法自動中止法和微機控製自動中止法。由於可以在多個表麵同時進行腐蝕,數千個矽壓力膜可以同時生產,實現了集成化的工廠加工模式,成本進一步降低。

　　（4） 微機械加工階段（1980 年- 今）：上世紀末出現的納米技術,使得微機械加工工藝成為可能。

　　通過微機械加工工藝可以由計算機控製加工出結構型的壓力傳感器,其線度可以控製在微米級範圍內。利用這一技術可以加工、蝕刻微米級的溝
、條、膜,使得壓力傳感器進入了微米階段。

　　2、 壓力傳感器國內外研究現狀

　　從世界範圍看壓力傳感器的發展動向主要有以下幾個方向。

　　2. 1 光纖壓力傳感器[5 ]

　　zheshiyileiyanjiuchengguojiaoduodechuanganqi
，dantourushijilingyudebingbushitaiduo。tadegongzuoyuanlishiliyongminganyuanjianshouyalizuoyongshidexingbianyufansheguangqiangduxiangguandetexing,由矽框和金鉻薄膜組成的膜片結構中間夾了一個矽光纖擋板,在有壓力的情況下,光線通過擋板的過程中會發生強度的改變,通過檢測這個微小的改變量,我們就能測得壓力的大小。這種敏感元件已被應用與臨床醫學,用(yong)來(lai)測(ce)擴(kuo)張(zhang)冠(guan)狀(zhuang)動(dong)脈(mai)導(dao)管(guan)氣(qi)球(qiu)內(nei)的(de)壓(ya)力(li)。可(ke)預(yu)見(jian)這(zhe)種(zhong)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)顯(xian)微(wei)外(wai)科(ke)方(fang)麵(mian)一(yi)定(ding)會(hui)有(you)良(liang)好(hao)的(de)發(fa)展(zhan)前(qian)景(jing)。同(tong)時(shi)，在(zai)加(jia)工(gong)與(yu)健(jian)康(kang)保(bao)健(jian)方(fang)麵(mian),光纖傳感器也在快速發展。

　　2. 2 電容式真空壓力傳感器[6 ]

　　E H公司的電容式壓力傳感器是由一塊基片和厚度為0. 8～2. 8mm的氧化鋁（Al2O3） 構成,其間用一個自熔焊接圓環釺焊在一起。該環具有隔離作用,不需要溫度補償,可以保持長期測量的可靠性和持久的精度。測量方法采用電容原理,基片上一電容CP 位於位移最大的膜片的中央,而另一參考電容CR 位於膜片的邊緣,由於邊緣很難產生位移,電容值不發生變化,CP 的變化則與施加的壓力變化有關,膜片的位移和壓力之間的關係是線性的。遇到過載時,膜片貼在基片上不會被破壞，無負載時會立刻返回原位無任何滯後，過載量可以達到100 %，即使是破壞也不會泄漏任何汙染介質。因此具有廣泛的應用前景。

　　2. 3 耐高溫壓力傳感器

　　新型半導體材料碳化矽（SiC） 的出現使得單晶體的高溫傳感器的製作成為可能。Rober. S. Okojie報導了一種運行試驗達500 ℃的α（6H） SiC 壓力傳感器. 實驗結果表明,在輸入電壓為5V ,被測壓力為6. 9MPa 的條件下,23500 ℃時的滿量程輸出為44. 66～20. 03mV ,滿量程線度為20. 17 % ,遲滯為0. 17 %。在500 ℃條件下運行10h ,性能基本不變, 在100 ℃和500 ℃兩點的應變溫度係數（ TCGF） , 分別為20. 19 %/ ℃和- 0. 11 %/ ℃。這種傳感器的主要優點是PN 結泄漏電流很小,沒有熱匹配問題以及升溫不產生塑性變型,可以批量加工。Ziermann ,Rene 報導了使用單晶體n 型β- SiC 材料製成的壓力傳感器,這種壓力傳感器工作溫度可達573K,耐輻射。在室溫下,此壓力傳感器的靈敏度為20. 2muV/ VKPa。

　　2. 4 矽微機械加工傳感器

　　在微機械加工技術逐漸完善的今天,矽微機械傳感器在汽車工業中的應用越來越多。而隨著微機械傳感器的體積越來越小,線度可以達到1～2mm ,可以放置在人體的重要器官中進行數據的采集。Hachol ,Andrzej；dziuban，Jan Bochenek 報導了一種可以用於測量眼球的眼壓計,其膜片直徑為1mm。在內眼壓為60mmHg 時,靜態輸出為40mV ,靈敏度係數比較高。

　　2. 5 具有自測試功能的壓力傳感器

　　為了降低調試與運行成本，Dirk De Bruyker 等人報導了一種具有自測試功能的壓阻、電容雙元件傳感器
，它的自測試功能是根據熱驅動原理進行的


，該傳感器尺寸為1. 2mm ×3mm ×0. 5mm ，適用於生物醫學領域[7 ] 。

　　2. 6 多維力傳感器

　　六維力傳感器的研究和應用是多維力傳感器研究的熱點,現在國際上隻有美、日等少數國家可以生產。在我國北京理工大學在跟蹤國外發展的基礎上,又開創性的研製出組合有壓電層的柔軟光學陣列觸覺,陣列密度為2438tactels/ cm2 ,力靈敏1g ,結構柔性很好,能抓握和識別雞蛋和鋼球,現已用於機器人分選物品[8 ] 。

　　3 壓力傳感器的發展趨勢

　　當今世界各國壓力傳感器的研究領域十分廣泛,幾乎滲透到了各行各業,但歸納起來主要有以下幾個趨勢：

　　（1） 小型化目前市場對小型壓力傳感器的需求越來越大,這種小型傳感器可以工作在極端惡劣的環境下,並且隻需要很少的保養和維護,對周圍的環境影響也很小,可以放置在人體的各個重要器官中收集資料,不影響人的正常生活。如美國Entran 公司生產的量程為2～500PSI 的傳感器,直徑僅為1. 27mm ,可以放置在人體的血管中而不會對血液的流通產生大的影響。

　　（2） jichenghuayalichuanganqiyijingyuelaiyueduodeyuqitaceliangyongchuanganqijichengyixingchengcelianghekongzhixitong。jichengxitongzaiguochengkongzhihegongchangzidonghuazhongketigaocaozuosuduhexiaolv。

　　（3） 智能化由於集成化的出現，在集成電路中可添加一些微處理器，使得傳感器具有自動補償、通訊
、自診斷、邏輯判斷等功能。

　　（4） 廣泛化壓力傳感器的另一個發展趨勢是正從機械行業向其它領域擴展，例如：汽車元件、醫療儀器和能源環境控製係統。

　　（5） 標準化傳感器的設計與製造已經形成了一定的行業標準。如ISO 國際質量體係;美國的ANSI、ASTM標準、俄羅斯的ГOCT、日本的J IS 標準。

　　隨著矽、微機械加工技術、超大集成電路技術和材料製備與特性研究工作的進展,使得壓力傳感器在光纖傳感器的批量生產
、高溫矽壓阻及壓電結傳感器的應用成為可能,在生物醫學、微型機械等領域,壓力傳感器有著廣泛的應用前景。