利用激光束對薄膜傳感器的彈性膜片進(jìn)行減薄處理，得到微壓傳感器所需的薄膜片，根本的原因就是提高的傳感器的輸出靈敏度。利用精密磨拋機(jī)對彈性膜片進(jìn)行加工，可達(dá)到的最小厚度在0.3mm范圍，再利用激光從背面方向減薄到微小壓力傳感器所需的膜片厚度。同時(shí)為了避免芯片表面積累過高的溫度，可適當(dāng)降低激光束能量，或采取冷卻措施。彈性膜片在加工時(shí)產(chǎn)生的絕對平行度誤差為±0.03mm，當(dāng)膜片較薄時(shí)，其相對平行度誤差不可忽視，由此將引起傳感器嚴(yán)重的非線性。

膜片進(jìn)一步減薄，非線性將急劇增大，要保證微小量程的傳感器靈敏度不小于0.8mV/V，其非線性將達(dá)到15%左右。嚴(yán)重的非線性是后續(xù)電路無法補(bǔ)嘗的，因此必須解決傳感器芯片本身的非線性問題。下面給出壓力傳感器的非線性理論計(jì)算公式。傳感器電橋由四個(gè)橋臂R1，R2，R3，R4組成。供橋電源電壓為V，在R1和R4上的分壓分別為U+和U-，即：

初始狀態(tài)下，R1=R2=R3=R4=R0，或者R1·R2=R3·R4，此時(shí)電橋輸出U0=0。當(dāng)傳感器受到被測物理量作用時(shí)，橋臂電阻發(fā)生相應(yīng)的變化，阻值分別變化到R’1，R’2，R’3，R’4。此時(shí)，電橋輸出：

 ………………………………………（1）

令：R’1=（1+k1）R1=（1+k1）R0 ；R’2=（1-k2）R2=（1-k2）R0 ；R’3=（1+k3）R3=（1+k3）R0  ；R’4=（1-k4）R4=（1-k4）R0。代入（1）式，并且令Uu=U’/V，則單位供橋電壓下的輸出：

………………………………（2） 

（2）式為等臂電橋輸出的準(zhǔn)確表達(dá)式，其中包含了橋臂電阻本身微變引起橋路電流變化而產(chǎn)生的非線性誤差。式中：Uu——單位供橋電壓時(shí)電橋的輸出（通常就是電橋的靈敏系數(shù)），1/V；U’——供橋電壓為V時(shí)電橋的輸出；kn——被測量引起的橋臂電阻相對變化量的絕對值，kn=|ΔRn/R0|，即橋臂電阻靈敏系數(shù)。

1）造成等臂全橋應(yīng)變傳感器的非線性的原因之一，是由于各橋臂應(yīng)變的靈敏系數(shù)不等所致。

2）尤其是相鄰橋臂的靈敏系數(shù)不等時(shí)，電橋輸出將產(chǎn)生明顯的非線性。這幾種情況分別對應(yīng)實(shí)際的傳感器由于設(shè)計(jì)造成的中心電阻和邊緣電阻的平均應(yīng)變不相等，以及由于加工造成2個(gè)對邊分布的邊緣電阻的靈敏系數(shù)不等等情況。

3）相反，人為非均勻地改變膜片各區(qū)間的厚度，可選擇性改變各橋臂的靈敏系數(shù)，即改變傳感器的非線性。

利用激光束對膜片進(jìn)行非均勻減薄，既達(dá)到提高靈敏度以測量微小壓力的目的，又可調(diào)整傳感器的非線性。根據(jù)膜片加工的平行度差異情況選擇相應(yīng)的非均勻減薄圖形。本文源自澤天傳感，版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請保留出處。