Cảm biến áp suất cộng hưởng silicon nổi bật trong lĩnh vực đo lường-có độ chính xác cao nhờ nguyên lý chuyển đổi tần số-áp suất độc đáo và các đặc tính của vật liệu-làm từ silicon. Tuy nhiên, so với các loại cảm biến khác (như áp điện, điện dung, áp điện, dây rung…), ưu điểm của chúng xuất phát từ sự khác biệt về nguyên lý kỹ thuật và thiết kế kết cấu. Những so sánh cụ thể như sau:
1.Ưu điểm chính xác ở cấp độ nguyên tắc
٭ Chuyển đổi tần số-áp suất với khả năng chống nhiễu vốn có: Xuất trực tiếp tín hiệu số (đại lượng tần số) thông qua sự thay đổi tần số của cấu trúc cộng hưởng silicon, tránh các lỗi chuyển đổi tương tự-sang-kỹ thuật số, nhiễu khuếch đại tín hiệu và tổn hao truyền dẫn dây dài- của các cảm biến áp điện (tín hiệu điện áp) hoặc điện dung (thay đổi điện dung) truyền thống. Tín hiệu tần số có khả năng chống nhiễu điện từ cực mạnh (chẳng hạn như khả năng chống nhiễu tần số vô tuyến 100V/m) và độ chính xác có thể đạt 0,01%FS (trong khi các cảm biến áp điện thường có độ chính xác từ 0,1%FS đến 0,5%FS).
٭ Độ tuyến tính và độ lặp lại tuyệt vời: Độ tuyến tính đáp ứng tần số-ứng suất của cấu trúc cộng hưởng silicon lớn hơn 0,9999 và sai số phi tuyến nhỏ hơn 0,01%FS, vượt trội hơn nhiều so với cảm biến điện dung (có sai số phi tuyến khoảng 0,1%FS) và cảm biến áp điện (yêu cầu hiệu chuẩn sau{4}}để hiệu chỉnh tính phi tuyến).
2.Độ ổn định vật liệu và kết cấu
٭ Đặc tính nhiệt độ của vật liệu gốc silicon: Hệ số giãn nở nhiệt của silicon cực kỳ thấp (2,6×10⁻⁶/độ) và mô đun đàn hồi thay đổi rất ít theo nhiệt độ (sự thay đổi trong phạm vi từ -50 độ đến +125 độ là nhỏ hơn 5%). Với thiết kế bộ cộng hưởng kép đối xứng (bù chênh lệch nhiệt độ), độ nhạy nhiệt độ có thể giảm xuống 1×10⁻⁶/độ, cho phép bù với độ chính xác cao mà không cần thêm cảm biến nhiệt độ (độ lệch nhiệt độ của cảm biến áp điện thường lớn hơn 100×10⁻⁶/độ).
٭ Trạng thái{0}}rắn không có bộ phận chuyển động: Cấu trúc chùm/màng cộng hưởng tích hợp được sản xuất bằng công nghệ MEMS không gặp vấn đề về tiếp xúc cơ học hoặc lão hóa của vòng đệm. Tốc độ sai lệch hàng năm nhỏ hơn 0,01%FS (độ lệch hàng năm của cảm biến dây rung là khoảng 0,05%FS và cảm biến điện dung thậm chí còn cao hơn), khiến nó phù hợp để theo dõi ổn định lâu dài-(ví dụ: hệ thống dữ liệu khí quyển hàng không cần hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ).
3.Đầu ra kỹ thuật số và đặc tính thông minh
٭ Đầu ra tín hiệu số trực tiếp: Tín hiệu tần số có thể được bộ vi xử lý thu trực tiếp mà không cần mạch điều hòa tín hiệu phức tạp, đơn giản hóa thiết kế hệ thống và giảm nguy cơ gây nhiễu (ngược lại, cảm biến áp điện yêu cầu thích ứng với mạch ADC và dễ bị nhiễu nguồn điện).
٭ Khả năng hiệu chỉnh-tự{1}}trên chip: MCU hoặc ASIC tích hợp-có thể đạt được nguồn điện-tự kiểm tra-và tự hiệu chỉnh-định kỳ (chẳng hạn như so sánh với tần số tham chiếu thạch anh), tự động điều chỉnh độ lệch dài hạn- mà không cần hiệu chuẩn thủ công (cảm biến truyền thống yêu cầu hiệu chuẩn ngoại tuyến thường xuyên).
4.Phản hồi và độ phân giải động
٭ Giá trị Q cao và độ phân giải cao: Đóng gói chân không (áp suất khí quyển < 10⁻³Pa) mang lại cho bộ cộng hưởng hệ số chất lượng Q > 10.000 và độ phân giải áp suất có thể đạt 0,001hPa (0,1Pa), phù hợp để đo những thay đổi áp suất nhỏ (chẳng hạn như phát hiện chiều cao thẳng đứng của khí quyển), vượt xa các cảm biến áp điện (có độ phân giải khoảng 1hPa) và cảm biến điện dung (có độ phân giải khoảng 1hPa). 0,1hPa).
٭ Phạm vi động rộng: Thông qua thiết kế cấu trúc, nó có thể bao phủ phạm vi từ áp suất vi mô (0~1kPa) đến áp suất cao-trung bình (0~10MPa) và duy trì độ chính xác cao trong toàn phạm vi (đối với cảm biến truyền thống, phạm vi càng rộng thì độ chính xác càng giảm rõ ràng).
Ưu điểm cốt lõi của cảm biến áp suất cộng hưởng silicon nằm ở “độ chính xác cao, độ ổn định cao và đặc tính kỹ thuật số”. Về mặt kỹ thuật, bản chất là chuyển đổi lỗi đo áp suất từ "lỗi trong chuỗi tín hiệu tương tự đa{1}}liên kết" thành "lỗi trong phép đo tần số đơn" thông qua "cấu trúc cộng hưởng dựa trên silicon{2}}chuyển đổi tần số-áp suất" và đạt được khả năng ngăn chặn lỗi thông qua việc tối ưu hóa liên kết đầy đủ của vật liệu, cấu trúc và thuật toán.