为了提高压力传感器的精度并抑制温漂, 提出了一种基于自停止腐蚀技术的“H”型双端固支梁、电磁激励、差分检测的微机械(MEMS)谐振式压力传感器。首先, 通过有限元分析仿真优化了传感器的机械参数, 得到了较高的灵敏度和分辨率。然后, 基于浓硼扩散自停止腐蚀原理, 采用MEMS体硅标准工艺加工出一致性较好的传感器样品。最后, 采用非光敏BCB, 在真空高温高压条件下将硅片与谐振器黏和键合完成了传感器的真空封装, 并设计了应力隔离的后封装方法以降低温漂。实验结果表明:传感器的检测范围为0~120 kPa, 满量程非线性度低于0.02%, 准确度达到0.05% FS, 加入应力隔离后在-40~70 ℃的温度漂移不高于0.05%/℃。该传感器能够实现大量程高精度的压力测量, 有效地抑制了温漂, 具有较高的性能指标。

通过理论研究和有限元仿真分析了热效应对两种不同质量块布局的双端固支梁的等效弹簧系数的影响,两种质量块分别布局为质量块与梁对称布置和质量块位于梁平面一侧布置.推导了双端固支梁等效弹簧系数随温度的变化公式,仿真分析了双端固支梁-质量块系统的一阶固有频率以及质量块在静载荷作用下的位移。通过固有频率及载荷-位移两种方式,分别得到了两种布局下的质量系统在不同温度下的等效弹簧系数。对于质量块对称布置和单侧布置,根据一阶固有频率得到的等效弹簧系数随温度的变化与理论分析都吻合;而利用载荷-位移得到的等效弹簧系数随温度的变化,需要对位移进行修正。计算结果表明,对于质量块位于梁一侧的系统,温度变化对其等效弹簧系数有重要影响,质量块的不对称会在温度变化时产生对梁的弯矩作用,从而使质量块产生位移,造成微机电传感器和执行器输出信号的改变。