物聯網系統中為什么要使用薄膜型壓阻傳感器

物聯網系統中使用薄膜型壓阻傳感器的原因主要基于其獨特的性能特點和廣泛的應用價值。以下是詳細的分析：

薄膜型壓阻傳感器的性能特點

1、高精度：

薄膜型壓阻傳感器通過將外部物理量（如壓力、重量、扭矩等）轉換成電阻變化來實現測量，具有較高的測量精度。

2、快速響應：

由于薄膜材料的特性，薄膜型壓阻傳感器具有快速的響應速度，能夠實時監測和反應外部物理量的變化。

3、高靈敏度：

薄膜材料對于微小的物理量變化非常敏感，使得薄膜型壓阻傳感器能夠捕捉到微小的信號變化，實現精確測量。

4、寬測量范圍：

薄膜型壓阻傳感器可用于大范圍的壓力、重量等物理量的測量，滿足物聯網系統多樣化的需求。

5、結構緊湊、安裝方便：

薄膜型壓阻傳感器通常由少量的材料組成，結構緊湊，便于在物聯網系統中進行安裝和集成。

6、低成本：

相比其他類型的傳感器，薄膜型壓阻傳感器在制造成本上具有優勢，有助于降低物聯網系統的整體成本。

薄膜型壓阻傳感器在物聯網系統中的應用價值

1、工業自動化：

在工業自動化領域，薄膜型壓阻傳感器可用于測量機器人的力量和壓力、生產線上的物料重量等，為自動化控制提供準確的數據支持。

2、汽車工業：

在汽車工業中，薄膜型壓阻傳感器可用于測量汽車的壓力、流量、溫度等參數，以及監測輪胎壓力等，確保汽車的正常運行和安全性。

3、醫療領域：

在醫療設備中，薄膜型壓阻傳感器可用于血壓測量、呼吸監測等醫療應用，為患者提供精確的生理參數監測。

4、消費電子：

在智能手機、平板電腦等消費電子產品中，薄膜型壓阻傳感器可用于實現觸摸屏、按壓感應等功能，提升用戶體驗。

5、環境監測：

在環境監測領域，薄膜型壓阻傳感器可用于測量大氣壓力、水位等環境參數，為環境保護和氣象預報提供數據支持。

綜上所述，物聯網系統中使用薄膜型壓阻傳感器的原因在于其高精度、快速響應、高靈敏度、寬測量范圍、結構緊湊、安裝方便以及低成本等性能特點，以及其在工業自動化、汽車工業、醫療領域、消費電子和環境監測等領域的廣泛應用價值。這些優勢使得薄膜型壓阻傳感器成為物聯網系統中不可或缺的重要組成部分，為物聯網的智能化、高效化和安全化提供了有力支持。

本文會再為大家詳解壓力傳感器家族中的一員——薄膜型壓阻傳感器 .

薄膜型壓阻傳感器的定義

薄膜型壓阻傳感器，屬于壓阻式壓力傳感器，是利用真空沉積技術將半導體材料沉積在帶有絕緣層的試件上而制成的，結構如圖。

薄膜型壓阻傳感器的原理

薄膜壓力傳感器是利用現代薄膜制備技術，在金屬彈性基體上沉積薄膜應變電阻，因其具有精度高、蠕變性好、抗干擾力強等性能。薄膜壓力傳感器厚度低至幾百納米到幾十微米，可直接在被測零件表面制膜而不影響設備內部環境，制作簡單，有利于實現結構/感知一體化制造。

薄膜壓力傳感器在受壓力時電阻隨壓力增大而減小，其壓阻特性表現為電阻與 壓力呈冪函數關系，電阻倒數與壓力呈近似線性關系，單點 感應單元可視為一個壓力可變電阻。

薄膜型壓阻傳感器種類

1)合金薄膜壓力傳感器

合金薄膜制作的壓力傳感器雖然應變靈敏系數較低，但具有精度高、抗干擾能力強、溫度特性較好且應用溫度范圍較寬等優點得到了廣泛的運用。

薄膜壓力傳感器的主要組成部分：基體、轉換元件以及信號調理電路等。

合金薄膜壓力傳感器一般采用濺射、蒸鍍等方法把合金沉積在彈性基體上。

薄膜電阻層通過感受彈性元件的應變而產生相應電阻變化，通過信號調理電路輸出相應的電壓信號，從而完成非電量到電量的轉換。

2)半導體材料薄膜壓力傳感器

半導體薄膜壓力傳感器應變靈敏系數較高，一般情況下比金屬薄膜的應變系數高出一個數量級，適合批量生產且成本低廉，其缺點是溫度特性較差。

半導體材料薄膜壓力傳感器采用單晶硅為基體，壓力腔彈性膜由單晶硅通過各向異性腐蝕而得到，沉積SiO2作為絕緣層，化學氣相沉積等方法外延生長壓敏電阻薄膜。

具體結構如圖3所示。薄膜壓阻層通過感受外部壓力引起壓阻材料載流子密度的變化，從而導致薄膜電阻的變化，其后的信號調理和電量轉化與合金薄膜壓力傳感器類似。

薄膜型壓阻傳感器的測量維度

1）一維單點壓力傳感器

一維單點壓力傳感器只能感受坐標軸Z方向的力。

2）一維多點分布傳感器

多點分布式傳感器是采用1行*N列或者M行*N列的電極設計，每個感應點仍是獨立的單元。如下圖：M0303M是采用3行*3列的模式，總共9個感應點；0404M是采用4行*4列的模式，總共16個感應。

3）二維單點壓力傳感器

二維單點壓力傳感器，能感受在X軸方向上的位置和Z軸方向上的力，很容易感受線性方向的帶有力的大小的滑動。

4）三維單點壓力傳感器，能感受在X軸和Y軸方向的位置和Z軸方向的力。類似于帶壓力的單點觸摸屏。

5）三維多點壓力傳感器

能感受多點在X軸和Y軸方向的位置和Z軸方向的力。類似于帶壓力的多點觸摸屏。

6）高密度分布式柔性壓力傳感器

分布式柔性薄膜壓力傳感器是采用電極矩陣式分布設計，每個交叉點即為一個感應單元。傳感器在受到壓力時，電阻隨壓力增大而減小,其壓阻特性表現為電阻與壓力呈冪函數關系，電阻倒數與壓力呈近似線性關系。該傳感器特點在于每行、每列的功能感應區均為獨立布局，實現最小干擾。

薄膜型壓阻傳感器的注意事項

因為其工作原理，薄膜壓力傳感器有以下特征，在應用場景應注意：

1，從結構上來說，傳感器的背面最好是平滑的表面。傳感器不能彎折，彎折會讓傳感器產生誤壓力值。

2，因為其工作原理，薄膜壓力傳感器不是精準測量器件，其重復率大約為±5%，也就是相同的壓力壓在傳感器上，兩次誤差大約±5%。

3，薄膜壓力傳感器長時間按壓會有漂移，所以正常狀態下最好沒有力壓在傳感器上。

4，薄膜壓力傳感器的測量范圍大約是10克到10千克，如果需要測量的力超過10千克，一般需要用一個結構件分擔總的壓力，讓壓在薄膜傳感器上的壓力仍然保持在10千克以內。

供應商A：常州柔希電子科技有限公司

1、產品能力

（1）選型手冊

http://www.roxifsr.com/cpzx

（2）主推型號1：D0306

對應的產品詳情介紹

單點壓阻式柔性壓力傳感器只有一個感應點單元，即只能得出一個信號，傳感器在受到壓力時，電阻隨壓力增大而減小，可看作一個壓力驅動變化的可變電阻，其壓阻特性表現為電阻與壓力呈冪函數關系，電阻倒數與壓力呈近似線性關系。

D0306 是一款小尺寸柔性壓力傳感器，其感應直徑為3mm ，外力輪廓直徑為 6mm ，超薄、靈敏、尺寸小等特點使得該型號傳感器在機器人、皮膚壓力、觸感設備等微小壓力變化檢測等方面獲得廣泛的應用。

特征曲線

傳感器參數

硬件參考設計

采用分壓方式測量。壓力傳感器與 R1 串聯，兩端分別接 VCC 和 GND，構成基本的分壓電路，分壓電壓接出為 Vout?？梢詫毫Υ笮∽兓瘜膫鞲衅鬏敵鲭娮枳兓D為電壓變化信號。根據不同的應用需求選擇適當的負載電阻 R1，通?？扇?1kΩ~100kΩ（建議負載電阻取 50%量程壓力時傳感器對應的電阻值）；Vout 接單片機 ADC 接口，可以用作檢測壓力大?。唤?MCU 的外部中斷 IO 口，可用作壓力觸發功能。

研發設計注意使用事項

傳感器區域需平整貼合測試面;

避免尖銳的物體作用于傳感區域;

超過 60°C時，傳感器溫度漂移嚴重，盡量避免高于 60C下使用;

為了獲得最佳測試效果，建議在傳感區域貼上略小于傳感區的薄硅膠墊D0306

供應商B：蘇州能斯達電子科技有限公司

http://www.lssensor.com/

1、產品能力

（1）選型手冊

http://www.lssensor.com/cgqdz/rxyl/

（2）主推型號1：DF9-40

對應的產品詳情介紹

產品特點

超薄，厚度小于 0.3mm

響應速度快

壽命長，通過 100 萬次以上按壓測試

檢測電路簡單，易于集成應用

可定制傳感器外形

可定制傳感器量程參數

產品描述

DF9-40 系列柔性薄膜壓力傳感器是蘇州能斯達電子采用擁有自主知識產權的柔性壓力傳感技術制備的新型傳感器，在柔韌輕薄材料上印刷附著力強、耐彎折、靈敏度高的柔性納米功能材料，使其實現對壓力的高靈敏度檢測。柔性薄膜壓力傳感器是一種電阻式傳感器，輸出電阻隨施加在傳感器表面壓力的增大而減小，通過特定的壓力-電阻關系，可測量出壓力大小。適用于柔性面的壓力測量場景，可廣泛應用于智能家居、消費電子、汽車電子、醫療設備、工業控制、智能機器人等領域。DF9-40 系列目前有 500g、2kg、5kg、10kg、20kg 等不同量

程型號產品。

尺寸規格

硬件參考設計

采用分壓方式測量。壓力傳感器與 R1 串聯，兩端分別接 VCC 和 GND，構成基本的分壓電路，分壓電壓接出為 Vout?？梢詫毫Υ笮∽兓瘜膫鞲衅鬏敵鲭娮枳兓D為電壓變化信號。根據不同的應用需求選擇適當的負載電阻 R1，通?？扇?1kΩ~100kΩ（建議負載電阻取 50%量程壓力時傳感器對應的電阻值）；Vout 接單片機 ADC 接口，可以用作檢測壓力大小；接 MCU 的外部中斷 IO 口，可用作壓力觸發功能。

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審核編輯 黃宇