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MEMS 技術(shù)在傳感器生產(chǎn)過程中具有一定的穩(wěn)定性，但也面臨著一些挑戰(zhàn)。以下將從不同類型的傳感器以及多個(gè)方面來詳細(xì)闡述 MEMS 技術(shù)在傳感器生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性。

一、MEMS 熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的穩(wěn)定性

• 零點(diǎn)漂移問題分析：在 MEMS 熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器中，未經(jīng)嚴(yán)格硬件溫漂補(bǔ)償時(shí)會(huì)存在零點(diǎn)漂移問題。根據(jù)傳熱學(xué)和電學(xué)原理，對(duì)這一問題進(jìn)行理論分析，并使用 PSPICE 軟件對(duì)加熱電阻進(jìn)行建模，同時(shí)進(jìn)行電路整體的仿真。通過短時(shí)變溫測試與戶外長時(shí)測試的結(jié)果來驗(yàn)證理論分析和仿真的結(jié)論，進(jìn)而給出了分段線性補(bǔ)償?shù)能浖a(bǔ)償方案。此外，還通過理論推導(dǎo)和軟件仿真研究了外接貼片電阻溫漂對(duì)傳感器性能的影響。

• 惠斯通全橋電路的硬件方案：該方案對(duì)于熱溫差零點(diǎn)溫漂的抑制非常有效，在 X、Y 方向上的零點(diǎn)漂移造成的最大誤差不超過 0.5 m/s。

二、MEMS 壓力傳感器穩(wěn)定性

• 輸出特性穩(wěn)定性：MEMS 壓力傳感器芯片輸出特性的穩(wěn)定性是傳感器的重要特征之一。研究分析了高靈敏度壓力傳感器芯片在有用信號(hào)變化以及機(jī)械和溫度特性誤差方面的情況，這些變化更明顯地依賴于外部因素。該研究采用了一種新的電路形式，即帶有負(fù)反饋回路的壓阻式差分放大器（PDA-NFL），利用雙極結(jié)型晶體管（BjT），在高靈敏度、小芯片面積和低誤差之間實(shí)現(xiàn)平衡。研究展示了兩個(gè)批次的壓力傳感器芯片 PDA-NFL 樣品在不同壓力范圍和時(shí)間跨度后的變化情況，表明了殘余機(jī)械應(yīng)力從壓力傳感器組裝設(shè)計(jì)對(duì)靈敏度和非線性的單向影響。

三、基于 MEMS 技術(shù)的甲烷催化燃燒傳感器穩(wěn)定性

• 傳統(tǒng)傳感器的缺點(diǎn)與 MEMS 傳感器的優(yōu)勢：催化燃燒式甲烷傳感器是目前煤礦中使用最普遍的傳感器，但傳統(tǒng)的催化燃燒式氣體傳感器一般由手工制作而成，存在配對(duì)難、一致性差、功耗高等缺點(diǎn)。而基于 MEMS 技術(shù)的甲烷催化燃燒傳感器具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、穩(wěn)定性好和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

四、多 MEMS 傳感器組合姿態(tài)解算中的穩(wěn)定性

• 提高精度和穩(wěn)定性的方法：針對(duì)傳統(tǒng)單組 MEMS 傳感器在姿態(tài)解算中面臨精度低、穩(wěn)定性差等問題，提出一種基于多 MEMS 傳感器組合姿態(tài)解算方法。載體坐標(biāo)系各軸采用 4 組傳感器，兩兩對(duì)角安裝，將組合傳感器測量數(shù)據(jù)與四元數(shù)估計(jì)數(shù)據(jù)做向量積，通過兩組模糊和兩組 PI 算法進(jìn)行組合調(diào)節(jié)，利用互補(bǔ)濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)信息融合，通過自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)修正后角速度進(jìn)行預(yù)測估計(jì)，求得姿態(tài)角數(shù)據(jù)。仿真結(jié)果分析表明，該方法較傳統(tǒng)姿態(tài)解算方法具有更高的精度和穩(wěn)定性。

五、MEMS 微加熱器在氣體傳感器中的穩(wěn)定性

• 熱遷移效應(yīng)的影響：在分析 MEMS 微加熱器在氣體傳感器中的機(jī)械穩(wěn)定性時(shí)，包括化學(xué)電阻半導(dǎo)體金屬氧化物和非分散紅外氣體傳感器。研究表明，這些設(shè)備中的熱遷移效應(yīng)遠(yuǎn)高于電遷移效應(yīng)，在設(shè)計(jì)和仿真周期中不應(yīng)被忽略。特別是隨著薄膜層的進(jìn)一步縮小和微型化，熱遷移力下的空位遷移效應(yīng)可能會(huì)對(duì)未來設(shè)備中傳感器的可靠性產(chǎn)生越來越大的影響。

六、基于 MEMS 技術(shù)的催化燃燒氣體傳感器穩(wěn)定性

• 與傳統(tǒng)傳感器對(duì)比：與傳統(tǒng)傳感器相比，基于 MEMS 技術(shù)的催化燃燒氣體傳感器不但具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、穩(wěn)定性好、適于批量化生產(chǎn)、易于集成等特點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。

七、MEMS 在建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的穩(wěn)定性

• 影響因素及研究方法：MEMS 傳感器本身的穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)基于 MEMS 的建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性有重要影響。輸入電壓、極板間隙大小等因素會(huì)影響傳感器穩(wěn)定性，由于傳感器微梁因受靜電力和范德華力的作用，從而對(duì)傳感器輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。因此研究清楚溫度、范德華力、電場力等因素對(duì)于 MEMS 傳感器的性能的影響，對(duì)于實(shí)際工程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有重要意義。通過擴(kuò)展的系統(tǒng)打靶法求得了由功能梯度板制作的簡支微梁撓度非線性的數(shù)值解，給出了 MEMS 兩端夾緊梁和懸臂梁無量綱電壓和無量綱吸合電壓的解析逼近解，并對(duì)解的精度進(jìn)行了驗(yàn)證，與實(shí)際工作的 MEMS 微位移傳感器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

八、MEMS 慣性傳感器在地下采礦地層穩(wěn)定性監(jiān)測中的應(yīng)用

• 監(jiān)測信號(hào)分析：通過在地下采礦等效材料模擬實(shí)驗(yàn)中安裝傳感器模塊，對(duì)靠近崩落地層中部和端部的兩個(gè)模塊的監(jiān)測信號(hào)進(jìn)行處理。處理后的信號(hào)呈現(xiàn)階梯變化，每個(gè)階梯由振動(dòng)階段和穩(wěn)定階段組成。進(jìn)一步分析每個(gè)階段，可以得出估計(jì)地層變形和穩(wěn)定性的策略：每個(gè)振動(dòng)階段和完整階段的持續(xù)時(shí)間呈上升趨勢，表明地層變形正在向極限狀態(tài)發(fā)展。該方法可以在地層崩落前至少 1 小時(shí)識(shí)別地層的破壞性變形。