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一、MEMS压力传感器主要种类

MEMS(Micro Electromechanical System,即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。

压力传感器是MEMS中最早出现及应用的产品之一,依工作原理可分为压阻式、电容式及压电式等几种。目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。


1、硅压阻式压力传感器

硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的,具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器,如无压力变化,其输出为零,几乎不耗电。

MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形应力杯硅薄膜内壁,采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处,组成惠斯顿测量电桥,作为力电变换测量电路,将压力这个物理量直接变换成电量,其测量精度能达0.01-0.03%FS。

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图源自网络

2、 电容式压力传感器

电容式压力传感器利用MEMS技术在硅片上制造出横隔栅状,上下二根横隔栅成为一组电容式压力传感器,上横隔栅受压力作用向下位移,改变了上下二根横隔栅的间距,也就改变了板间电容量的大小,即△压力=△电容量。

图源自网络

MEMS压力传感器可以用类似集成电路的设计技术和制造工艺,进行高精度、低成本的大批量生产,在呼吸机、汽车、耳机、手机等领域有着广泛的应用。


二、MEMS压力传感器在电子烟中的应用分析

目前已知的MEMS压力传感器在电子烟中应用的均为压阻式,根据芯片的种类来分,MEMS压力传感器主要有两种:绝压传感器和差压传感器。

其中,差压传感器芯片用于测量两个压力之间的差值,绝压传感器芯片则用于感受绝对压力并将绝对压力值进行输出。他们在电子烟中分别有不同的实际应用案例。


1、压力传感器在电子烟应用的实际案例:JUUL 和 喜雾S1

JUUL:据了解,第二代 juul 批量化采用的是两颗MEMS绝压传感器,它们在PCB电路板的不同位置,绝压传感器1测量气道的气压,绝压传感器2测量大气压,然后通过两者之间的差值输出电压信号。

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喜雾S1:根据资料显示,它采用的是单颗差压传感器去测量负压值,然后输出放大过的、数字化的电压信号。

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2、MEMS差压传感器与传统咪头的比较分析

我们此前报道了喜雾新品S1采用MEMS差压传感器之后,有一些电子烟工厂跟我们询问,这个跟传统咪头比较怎么样,所以下面就来做个简单的分析比较。


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电子烟传统咪头,现在一般是电容式咪头,有些领域又叫驻极体电容麦克风。它是通过压力腔内薄膜的形变所产生的电容变化来响应吸气动作。

图 电容式咪头开关响应原理示意,源自专利 CN203353677U

目前电子烟咪头主要有以下特点:

尺寸:咪头尺寸(mm)用得最多的是6*2.7,其次是5.8*2.5、4.0*1.5;

焊接:它长长的焊线需要手工焊接,而且对焊接工要求挺高,这是影响产能的一个原因;

功能:只能实现开关,另外在防水防油防尘方面也不尽如意;

优势:成本低廉,跟目前电子烟方案配套非常成熟。

电子烟咪头,源自网络

而MEMS差压传感器,它根据一个基本固定不变的参考气压P0和一个随空气流速变化的气道气压P1,输出的信号直接为△P=P0-P1。

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图 MEMS差压传感器的电子烟应用方案,敏芯微

MEMS差压传感器有以下特点:

尺寸:目前有在电子烟方面应用的是4*3*1(mm);

焊接:MEMS差压传感器可用回流焊工艺,实现自动化;

功能:可以作为简单开关使用,也可以根据抽吸的轻重来控制雾化器功率的大小,防倒吸,防烟油;

优势:灵敏度更高,三防性能更好。


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MEMS差压传感器,苏州敏芯微

以上就是MEMS差压传感器和传统咪头在电子烟上应用的一个简单分析。根据最近喜雾新品S1的各方测评反馈来看,MEMS差压传感器电子烟带给使用者的体验是非常不错的,反应灵敏、功能不错是目前看到比较多的评价。有人说这可能是以后的趋势,你又怎么看呢?欢迎进群与我们一起交流探讨。


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作者 ab