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作品名称：电容谐振式 MEMS 压力传感器结构设计
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：rocket队
参赛学生：房子龙韩诗林邹昕澎
指导老师：庄须叶

详细说明

谐振式压力传感器以其高检测精度、小体积、信号传输方便而被广泛应用于航

空航天、工业生产及海洋勘探等领域。国内外专家学者针对谐振压力传感器做了大

量的研究工作，推动了传感器的更新迭代。然而，随着社会的发展，智能化生产对

基层数据的精度和数量要求越来越高。对压力传感器的量程、灵敏度和精度等方面

提出了更高的应用要求。基于此，本文分别提出了一种压力温度集成、一种高灵敏

度，和一种量程和灵敏度兼容的 MEMS 压力传感器。

由于传统的独立压力传感器其测量结果会受到温度变化的影响，同时温度传

感器的读数又可能因压力变动而产生偏差，所以目前通过独立压力传感器和温度

传感器集成的压力-温度传感器虽然能够同时获取压力和温度数据，但这种相互影

响的现象仍然不可避免地降低了传感器的测量精度。针对这一问题，提出了一种压

力温度集成的差分式传感器，结构通过双谐振子实现压力温度的协同传感。通过分

析膜片中心和边缘处谐振子的不同响应，分别获取拉应力和压应力的频率特征，进

而解码出压力信号。同时，利用温度变化影响谐振梁的等效刚度，进而改变谐振梁

谐振频率原理，同样能通过监测谐振梁的频率变化来获取温度信息。传感器可以在

一次频率测量中同时实现压力和温度的标定，更准确地反映实际情况。根据结构设

计，推导了谐振子的频率方程，建立了动力学模型，利用有限元对结构参数进行了

分析和优化，完成了传感器结构的制作。针对芯片尺寸设计了封装管壳，并对单梁

结构进行了压力的开环测试。测试结果表明，压力温度传感器单梁结构在 0-40kPa

压力范围下，压力响应为 79.87Hz/kPa。在 20-80℃温度范围内，温度的响应为 61.61

Hz/℃。测试结果验证了压力温度传感器可行性。