[發(fā)明專利]一種MEMS壓阻傳感器的內(nèi)建自測(cè)試裝置及測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010123778.7
• 申請(qǐng)日: 2020-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111238698B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曼紅;李佳;王瑋冰;陳大鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): G01L1/22
• 分類號(hào): G01L1/22;G01L9/04;G01L25/00;G01L27/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌

1.一種MEMS壓阻傳感器的內(nèi)建自測(cè)試裝置，其特征在于，用于測(cè)試MEMS壓阻傳感器的傳感靈敏度，所述MEMS壓阻傳感器包括：敏感薄膜、保護(hù)層和壓敏電阻，所述MEMS壓阻傳感器的內(nèi)建自測(cè)試裝置包括：加熱模塊、溫度測(cè)量模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊和第二數(shù)據(jù)處理模塊；其中，

所述加熱模塊設(shè)置于所述保護(hù)層背離所述敏感薄膜一側(cè)，用于在接收到加熱信號(hào)時(shí)對(duì)所述敏感薄膜和所述保護(hù)層進(jìn)行加熱；

所述溫度測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述MEMS壓阻傳感器所處環(huán)境的當(dāng)前溫度，并將所述當(dāng)前溫度通過(guò)所述第一數(shù)據(jù)處理模塊轉(zhuǎn)換后傳輸給所述第二數(shù)據(jù)處理模塊；

所述第二數(shù)據(jù)處理模塊，用于通過(guò)所述第一數(shù)據(jù)處理模塊為所述加熱模塊提供所述加熱信號(hào)，和根據(jù)所述溫度測(cè)量模塊傳輸?shù)乃霎?dāng)前溫度，計(jì)算所述壓敏電阻在所述加熱模塊加熱前后的電阻變化值，并根據(jù)所述電阻變化值，以及所述MEMS壓阻傳感器在所述加熱模塊加熱前后測(cè)量直接獲取的壓敏電阻變化值，計(jì)算得到所述壓敏電阻的測(cè)量電阻值，所述測(cè)量電阻值為所述保護(hù)層和所述敏感薄膜由于所述加熱模塊加熱導(dǎo)致的形變導(dǎo)致的壓敏電阻的阻值變化量，根據(jù)所述壓敏電阻的測(cè)量電阻值和所述當(dāng)前溫度變化值，計(jì)算所述MEMS壓阻傳感器的靈敏度值；

所述第二數(shù)據(jù)處理模塊，還用于判斷所述MEMS壓阻傳感器的靈敏度值是否為零，如果是，則判定所述MEMS壓阻傳感器未通過(guò)測(cè)試；

如果否，則利用所述當(dāng)前溫度變化值，根據(jù)當(dāng)前溫度變化值與所述MEMS壓阻傳感器所受壓強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定所述MEMS壓阻傳感器在被施加壓力產(chǎn)生相同的所述敏感薄膜的形變量時(shí)，所述MEMS壓阻傳感器所受壓強(qiáng)值，根據(jù)確定的所述所受壓強(qiáng)值與所述測(cè)量電阻值，計(jì)算所述MEMS壓阻傳感器的傳感靈敏度理論值，并計(jì)算所述MEMS壓阻傳感器的靈敏度值與所述傳感靈敏度理論值的差值，判斷所述差值是否小于或等于誤差閾值，若否，則判定所述MEMS壓阻傳感器未通過(guò)測(cè)試；若是，則所述MEMS壓阻傳感器通過(guò)測(cè)試。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS壓阻傳感器的內(nèi)建自測(cè)試裝置，其特征在于，當(dāng)所述敏感薄膜的形狀為正方形時(shí)；

所述當(dāng)前溫度變化值與所述MEMS壓阻傳感器所受壓強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系包括：

其中，l表示所述敏感薄膜的邊長(zhǎng)，E₁表示所述保護(hù)層的彈性模量，E_s表示所述敏感薄膜的彈性模量，α₁表示所述保護(hù)層的線性膨脹系數(shù)，α_s表示所述敏感薄膜的線性膨脹系數(shù)，v₁表示形成所述保護(hù)層的材料的泊松比，ΔT表示所述當(dāng)前溫度與室溫的溫度差，p表示所述MEMS壓阻傳感器所受壓強(qiáng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS壓阻傳感器的內(nèi)建自測(cè)試裝置，其特征在于，所述第一數(shù)據(jù)處理模塊包括信號(hào)放大單元、多路選擇單元和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，其中，

所述信號(hào)放大單元，用于將所述溫度測(cè)量模塊的溫度測(cè)量信號(hào)和所述壓敏電阻的壓阻變化信號(hào)進(jìn)行放大，并傳輸給所述多路選擇單元，以使所述多路選擇單元將放大后的溫度測(cè)量信號(hào)和壓阻變化信號(hào)傳輸給所述第一數(shù)據(jù)處理模塊；

所述第一數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)放大后的溫度測(cè)量信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以獲得所述MEMS壓阻傳感器所處環(huán)境的當(dāng)前溫度，和對(duì)放大后的壓阻變化信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以獲得所述壓敏電阻的電阻值，并將MEMS壓阻傳感器所處環(huán)境的當(dāng)前溫度和所述壓敏電阻的電阻值傳輸給所述第二數(shù)據(jù)處理模塊；和用于將所述第二數(shù)據(jù)處理模塊提供的加熱信號(hào)由數(shù)字信號(hào)形式轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)形式并傳輸給所述多路選擇單元；

所述多路選擇單元，還用于控制傳感器所處的工作模式，正常工作模式或自測(cè)試模式，以及將模擬信號(hào)形式的加熱信號(hào)傳輸給所述加熱模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS壓阻傳感器的內(nèi)建自測(cè)試裝置，其特征在于，所述加熱模塊為加熱電阻；

所述溫度測(cè)量模塊為感溫元件；

所述第二數(shù)據(jù)處理模塊為單片機(jī)。