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谐振式压力传感器利用谐振器的频率作为输出,具有半数字化、稳定性好、抗干扰能力强等优点,因而广泛地应用在工业控制、航空航天等对精度需求较高的场合。本论文以静电激励/电容检测的谐振器为基础,介绍了传感器的设计、仿真、加工、补偿以及数字仪表。 本论文提出了一种基于双谐振器设计的自补偿结构,利用两个谐振器频率之差表征压力、谐振器频率之和表征温度,实现了压力和温度的双参数测量,并可用于自补偿提高测量精度。使用ANSYS有限元软件对传感器的结构进行了仿真优化,分离了工作模态与非工作模态,匹配了谐振器的灵敏度,并且分析了工艺偏差对灵敏度的影响。 研究了传感器的关键制作方法,提出了的几个关键工艺的解决方案。包括: (1)研究了不同掩膜材料对深刻蚀结果的影响,提出采用ZnO薄膜材料来提高图形刻蚀的均匀性。(2)自制了一种两步法气态HF释放的方法,有效的控制了牺牲层侧向腐蚀量。(3)提出了基于SOI单层通孔引线互连方式,实现SOI与玻璃的阳极键合真空封装,并解决键合过程中静电吸合的问题。(4)采用了一种电化学阳极腐蚀的金属焊盘制作方法,实现了通孔内金属焊盘的无掩膜制作。 研究了一种快速双路同步频率采集的方法,采频精度±0.1Hz,采频耗时0.2s。提出一种基于双谐振器的温度自补偿算法,改善了传感器的性能。设计了一种应力隔离组装方法,降低传感器的零位漂移。进行了相应的冲击试验,验证了该组装方式的可靠性。实现了基于自补偿算法的气压计样机,并对样机进行了综合性能测试。测试结果表明:传感器封装真空约为5 Pa,Q值达10000以上;灵敏度高于150Hz/kPa,迟滞误差小于0.002%F.S.,分辨率优于2Pa;在40 kPa~110 kPa压力及-40℃~70℃温度范围内,气压计的准确度测量误差小于±20Pa(0.02%F.S.),3个月内的漂移低于0.01%F.S。