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        應(yīng)用于輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的新型單芯處無線壓力傳感器

        2017-12-08 16:05:33李臣
        汽車文摘 2017年7期
        關(guān)鍵詞:諧振器襯底聲波

        應(yīng)用于輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的新型單芯處無線壓力傳感器

        汽車輪胎的動態(tài)特性和安全性依賴于輪胎充氣壓力,應(yīng)滿足輪胎制造商建議的輪胎壓力范圍,這樣才能有助于防止輪胎出現(xiàn)故障,為汽車提供穩(wěn)定的行駛,同時提高燃油效率和輪胎壽命。此外,還有助于降低CO2的排放。因而,對輪胎壓力進(jìn)行監(jiān)測的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車必不可少的一個組件。早在2006年美國國家公路交通安全管理局就已規(guī)定,先進(jìn)的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)需要包含一個壓力傳感器、集成電路,以及若干外部電路元件和電路晶體管,并能對輪胎壓力進(jìn)行無線傳輸。本文提出了一種新型適用于輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的單芯片無線壓力傳感器,該傳感器的設(shè)計基于薄膜體聲波諧振器。

        薄膜體聲波諧振器通過壓電薄膜的逆壓電效應(yīng)將電能量轉(zhuǎn)化為聲波形成諧振,其多被用于現(xiàn)代無線通訊技術(shù)中。薄膜體聲波諧振器的諧振頻率對其薄膜平面的壓力較為敏感。設(shè)想將薄膜一側(cè)配置一個恒壓的密封腔,當(dāng)薄膜另一側(cè)承受壓力時,薄膜兩側(cè)出現(xiàn)壓力差,這樣可以改變薄膜體聲波諧振器的諧振頻率,此時將壓力轉(zhuǎn)換為頻率。研究使用各向異性的硅作為薄膜兩側(cè)的襯底,并在一側(cè)襯底上采用腐蝕液并利用濕刻蝕的方法在其上形成一個釋放孔,而另一側(cè)襯底仍然保持密閉。所形成的釋放孔直徑為80μm,通過釋放孔可以改變薄膜一側(cè)的壓力,從而在薄膜上形成壓力差。最后將整個薄膜結(jié)構(gòu)置于濃度為49%的氫氟酸溶液中,用來去除刻蝕過程中產(chǎn)生的沉淀物。由于該新型壓力傳感器的其它部分與薄膜體聲波諧振器相同,因此可以繼續(xù)采用頻移鍵控(FSK)調(diào)制方式對無線傳輸頻率進(jìn)行調(diào)制,一般傳輸頻率為630MHz。對該新型壓力傳感器進(jìn)行測試,其工作溫度范圍為-20~70℃,胎壓測量范圍為137.9~482.6kPa,誤差不超過4.7kPa。同時,對該新型壓力傳感器功率消耗也進(jìn)行了測量,結(jié)果顯示,采用500mAh的電池可維持其正常使用的時間超過5.5年。

        Manohar B.Nagaraju et al. 2015 IEEE International Solid-State Circuits Conference,San Francisco February 22-26,2015.

        編譯:李臣

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