摘 要

传感器在生活中随处可见，当需要对周围气压和压力进行测量时，压力传感器就能满足这一需求，它可以实现压力值和电信号的转换，在新材料开发，医学研究，能源工程等领域都有很多应用。压阻式压力传感器就是其中一个大类，压敏电阻是其中最重要的元件，它在感受到压力的时候，电阻的阻值会发生变化，构建一定的电路，之后可以通过电压的输出反映检测量即压力的变化[5]。除此之外，电容式压力传感器也有很普遍的运用，差别是它的敏感元件是电容，由于目前的工业生产水平一定程度能够达到压力传感器的制造标准，所以，压力传感器得到较好的发展。不同的应用场景下，压阻式压力传感器需要适应不同的需求。为了扩展传感器的应用范围，提高传感器的性能成为了主要问题。

本篇论文从压阻式压力传感器的工作原理角度出发，详细地介绍了国内外研究者为提高压阻式压力传感器性能而提出的多种优化方案。分析比较了典型的压力传感器的结构优化案例，并在此基础上提出了自己的优化结构，同时用有限元仿真软件对优化后的压阻式压力传感器性能进行测试并与典型结构进行了比较。最后总结了压阻式压力传感器未来的发展趋势和应用领域，为从事与压阻式压力传感器相关研究的人员提供参考。

关键词：压阻式 压力传感器 结构优化

Optimal Design of Piezoresistive Pressure Sensor

Abstract

Pressure sensor is a kind of sensor used to measure the outside air pressure and pressure, which can convert the outside pressure value into an electrical signal and output it. At present, the sensor is widely used in biomedicine, aerospace control and energy project. Pressure sensors can be divided into piezoresistive and capacitive types. Piezoresistive pressure sensors use resistors to convert external pressure values into electrical signals, while capacitive pressure sensors use capacitors to convert. Each has its own advantages and disadvantages. piezoresistive pressure sensors are widely used because of their simple and convenient process. Under different application scenarios, the requirements for piezoresistive pressure sensors are different. In order to expand the application field of sensors, improving the performance of sensors has become a major problem.

Starting from the principle of piezoresistive pressure sensors, the messy introduces in detail various optimization schemes proposed by researchers all over the world to improve the performance of piezoresistive pressure sensors. After analyzing and comparing some typical structural optimization cases of pressure sensors, the messy puts forward its own optimized structure. At the same time, the performance of the optimized piezoresistive pressure sensor is tested by finite element simulation software and compared with typical structures. Finally, the development trend and application fields of piezoresistive pressure sensors in the future are summarized to provide reference for researchers engaged in research related to piezoresistive pressure sensors.

Key words: Piezoresistance，Pressure sensor，Structure optimization

目 录

第一章 绪论 1

1.1 压阻式压力传感器背景介绍 1

1.2 压阻式压力传感器的发展历程及研究现状 2

1.3 研究意义以及内容安排 3

第二章 基于压阻式压力传感器的理论研究 5

2.1 压阻效应 5

2.2 压阻式压力传感器的工作原理 7

2.3 压阻式压力传感器的性能有关参数 8

2.4 本章小结 10

第三章 压阻式压力传感器结构分析 11

3.1 引言 11

3.2 有限元分析的具体过程 11

3.3 对压阻式压力传感器典型结构的仿真计算 12

3.4 本章小结 17

第四章 压力传感器优化结构仿真 18

4.1 引言 18

4.2 改进结构的仿真和参数计算 18

4.3 本章小结 25

第五章 总结与展望 26

5.1 总结 26

5.2 展望 26

参考文献 28

致谢..............................................................30

第一章 绪论

1.1 压阻式压力传感器背景介绍

近年来，中国的工业进程飞速开展，在许多应用方面对产品的测量要求越来越高，为了满足市场需求，高精度的测量仪器应运而生。传感器是实现各类指标测量的一类仪器，具备品类多样性，普遍适用等特点。它可以根据一定的物理化学原理，直接或者间接测量出所需的指标数值，实现这一功能的就是其中的敏感元件，它也是自动化组成中的重要一环。生产传感器主要使用拥有良好性能的半导体材料，随着半导体技术日趋成熟，传感器的性能也一直在提高。压力传感器在传感器中属于重要的一支，随着它的发展革新，压力传感器也逐渐渗入当今社会的各个方面。

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