Министерство образования и науки Российской Федерации

Балтийский государственный технический университет «Военмех»

Кафедра автономных информационных и управляющих систем

Н. К. ЕРОФЕЕВ

Микромеханические тензорезистивные преобразователи

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2013

О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение...................................................................................................................3

1. Физические эффекты как основа построения сенсоров..................................4

2. Кристаллическая решетка кремния..................................................................8

3. Индексы Миллера..............................................................................................10

5. Математическое описание упругих свойств кремния...................................15

5. Механические параметры кремния..................................................................19

6. Виды легирования тензорезисторов................................................................21

7. Тензорезистивный эффект и его математическое описание.........................24

8. Главные тензорезестивные тензоэффекта............... .......................................29

9. Факторы, определяющие величину главных тензорезистивных коэффициентов......................................................................................................33

10. Произвольная ориентация тензорезисторов.................................................35

11. Полупроводниковые тензорезисторы в мостовых схемах постоянного тока………..............................................................................................................39

12. Метрологические характеристики мостовых тензорезистивных преобразователей …………................................................................................. 43

13.Технологические процессы производства преобразователей .....................47

14. Чувствительные элементы интегральных измерительных ТП…………. .58

15. Интегральный измерительный преобразователь давления (ИИПД)……..63

16. Измерительный преобразователь ускорения………………………………72

17. Конструирование интегральных измерительных преобразователей…….77

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Расчёт прогиба и механических напряжений для кремниевой мембраны круглой и эллиптической формы.................................88

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчёт прогиба и механических напряжений для кремниевой мембраны квадратной формы.........................................................91

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Конструирование интегральных тензорезисторов...........96

ВВЕДЕНИЕ

Сенсоризация производственной деятельности, т.е. замена органов чувств человека на датчики, должна рассматриваться в качестве третьей промышленной революции, вслед, за первыми двумя – машинно-энергетической и информационно-компьютерной.

По структурному построению автоматизированные устройства напоминают биологические системы человека. Аналогия между человеком и автоматом по способам получения сигналов, их обработки, накопления, а также по преобразованию сигналов представлена в табл. 1. Органам чувств человека соответствуют в автоматах (или роботах) датчики, а функции активных органов выполняются исполнительными устройствами. Аналогом мозга, как центрального устройства обработки сигналов, служит ЭВМ с её системой памяти. Заметим, что сочетание «датчик – ЭВМ – исполнительное устройство» представляет собой систему автоматического управления (информационную или информационно - управляющую систему).

Т а б л и ц а 1