如何提高压阻式SICK传感器的频率响应？

如何提高压阻式SICK传感器的频率响应？
SICK传感器因其采用硅集成电路工艺技术和硅三维加工技术制造，利用硅优良的力学特性，用硅膜作为弹性敏感元件。二者一体化、尺寸小。因而固有频率很高，加上硅材料的杨氏模量很高，硅压阻检测元件是惠斯顿电桥模式。因此硅压阻式压力传感器频响带宽从零频开始，高可达1MHz以上。

市面上出售的压阻式SICK传感器器并非都有很高的动态。能制造高频响压阻式压力传感器的必要条件是：（1）具有设计高谐振频率压力敏感芯片并能制造出这种芯片；（2）芯片与传感器封装设计必须兼容，使传感器的封装结构不降低或可预见性地少降低固有频率。；（3）传感器的封装设计必须与用户的状况相配合，使得安装不降低或少降低可用频段。

1　敏感元件设计

保证压阻式SICK传感器优良动态特性的*步是设计有高的固有频率的敏感元件。

为减小运动质量和避免加速度效应，一般采用周边固支的圆平膜片或方平膜片作为弹性敏感膜。周边固支的圆平膜片的固有频率为：
        　　　（1）

显然，硅高的杨氏模量E，低的密度ρ都有利于获得高的谐振频率。如果考虑到硅压阻式压力敏感元件的输出灵敏度与膜片的厚径比有关，因此设计上提高固有频率的*措施是减小膜片的半径。当然这要受到工艺水平、封装方式、内引线方式等的制约。　　

用于核冲击波测量的高频动态压力传感器的固有频率高达1MHz，就是尽量减小了膜片直径。在膜片厚度也相应变薄情况下，用特殊设计避免了强光效应的影响。

用于创伤医学研究的埋藏植入式微型高频高压传感器和用于测井采油工艺研究的小型高频动态压力传感器也均采用了小直径的背面平坦面受力的圆平膜结构。其固有频率超过压电式动态压力传感器，达500kHz以上，幅频特性曲线的上升时间及平直段均大大优于压电式压力传感器。

SICK传感器设计

SICK传感器的封装设计要尽量避免或减小引进气道管腔效应的影响。以敏感元件的平坦硅片一面直接感受介质压力，且传感器设计为齐平式封装，无引压进气道的传感器，其固有频率约等于敏感元件的固有频率。前述三种传感器均采用了这一设计原则。

由于管腔效应的影响太大，有时为了克服工艺难点，甚不惜适当加大膜片半径以保证传感器能齐平封装。某空气动力学研究及某化爆自由场测试的动态压力传感器即采用了这种设计原则。其0～0.4MPa，……0～4MPa的多种动压传感器，固有频率在100～270kHz。用正弦波动态实校，在5kHz范围内，几乎无动态附加误差，其可与作为标准传感器对照的霍尼威尔仪表压力传感器相比拟。图1即为一只量程1 MPa的动态压力传感器用激波管实验得出的幅频特性曲线，其*谐频为170kHz，动态误差很小的可用带宽在50kHz，上升时间为0.8μs。