随着汽车电子的智能化发展，传感器变得越来越重要。通过研究目前主力传感器， 着重介绍陶瓷电容、 陶瓷电阻、溅射薄膜、硅应变片、硅压阻等 5类主流压敏元件技术，并阐述它们在汽车上的典型应用。
现代化信息产业由信息系统“感官”的传感器技术、信息系统“神经”的通信技术和信息系统“大脑”的计算机技术三大支柱技术构成，其中传感器的技术水平和品质直接决定了信息技术系统的功能和发展水平。
传感器(GB/T 7665—2005)是一种能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成输出信号的器件或者装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器按照功能可以分为压敏、温敏、流体、光敏、声敏、气敏、化学等传感器，其中压力传感器在航空航天、军事装备、工程装备、工业控制、汽车电子、医疗器械和物联网等行业都有着极其广泛的应用，也是各类传感器中应用面最广、需求量最大的品种。
1.压力传感器在汽车行业的现状
在汽车电子行业中，汽车传感器作为信息采集源，主要应用于动力总成系统，车身控制系统以及底盘系统中，主要包括8类不同功能的传感器：压力传感器、位置传感器、温度传感器、加速度传感器、角速度传感器、流量传感器、气体浓度传感器以及轮速传感器。
压力传感器在汽车行业上使用量多，技术发展快。目前在汽车传感器市场上使用的压力传感器根据压敏元件的主流技术主要分为电容式压力传感器和电阻式压力传感器两大类。
2.电容式压力传感器
2.1电容式压力传感器的原理
陶瓷电容压力传感器采用陶瓷膜片作为压敏元件陶瓷膜片和陶瓷基体分别制作成电容的两极。当外界压力作用于陶瓷膜片时，陶瓷膜片发生变形，两极之间的距离发生改变，从而导致电容量改变，再通过特定的ASIC调理芯片，输出标准的电压信号 (图1)。
图1 陶瓷电容压力传感器的原理2.2 电容式压力传感器的结构
陶瓷电容技术(图2) 从结构上主要包含陶瓷基体和陶瓷膜片两大部分，采用高温熔融的玻璃将陶瓷膜片和陶瓷基体烧结在一起从而起到密封的作用。陶瓷基体和陶瓷膜片的内侧都印刷有电极图形(图3)，从而形成一个可变电容。当测量的外界压力通过特制的通道传递到陶瓷膜片时，陶瓷基体和陶瓷膜片之间的电容量会随压力的变化而变化，特定的 ASIC调理芯片通过设定好的转换方程将测量到的电容信号转换为电压信号。
图2 陶瓷电容敏感元件示意图
图3 陶瓷电容敏感元件实物图
2.3 电容式压力传感器在汽车行业的主要应用
陶瓷电容技术具有成本适中、耐腐蚀性好、介质兼容性强等优势，采用陶瓷电容作为压敏元件的压力传感器被广泛应用在水、气、液多种介质的压力检测中，尤其适用于汽车系统 (表1) 恶劣的工况环境。
表1 电容式压力传感器在汽车上的主要应用
3.电阻式压力传感器
3.1 电阻式压力传感器的原理
电阻式压敏元件利用溅射或者微熔玻璃等方式将应变电阻固结在弹性膜片上组成惠斯通电桥。当外界压力作用于弹性膜片时，膜片发生变形，应变电阻的电阻值发生改变，从而导致惠斯通电桥改变，再通过特定的ASIC调理芯片，输出标准的电压信号 (图4)。
图4 电阻式压力传感器的原理图
3.2 电阻式压力传感器的结构
电阻式压力传感器利用应变电阻的压阻效应，随着 MEMS技术的普及，根据弹性膜片的材料类型和应变电阻的封装方式，可以分为陶瓷电阻式、溅射薄膜式、硅应变片式和硅压阻式等4类。
3.2.1陶瓷电阻式(金属应变片)结构的压敏元件
陶瓷电阻技术(图5) 采用厚膜印刷工艺将应变电阻印刷在陶瓷基体的表面，应变电阻组成惠斯通电桥 (图 6)。当测量的外界压力通过特制的通道传递到陶瓷膜片时，金属应变片的压敏电阻效应会导致惠斯通电桥的阻值随着压力的变化而变化，特定的ASIC调理芯片通过设定好的转换方程将测量到的电阻信号转换为电压信号。
图5 陶瓷电阻敏感元件示意图
图6 陶瓷电阻敏感元件实物图
3.2.2 溅射薄膜式(金属应变片)结构的压敏元件
溅射薄膜技术(图7)采用离子溅射工艺将应变特殊材料的金属离子按照特定的图形印刷在不锈钢基体的表面生成金属应变电阻，特殊材料的金属离子生成的应变电阻组成惠斯通电桥(图8)。当不锈钢膜片上承受的外界压力变化时，由于压敏电阻效应，不锈钢膜片产生微小形变导致惠斯通电桥的阻值发生变化，通过ASIC调理芯片将电阻信号转换为电压信息输出。
图7 金属应变电阻敏感元件示意图
图8 金属应变电阻敏感元件实物图
3.2.3 硅应变片式结构的压敏元件
硅应变片技术(图9)采用玻璃浆料将硅应变计高温烧结在不锈钢基体的表面，硅应变片等效的4个电阻组成惠斯通电桥 (图10)。当不锈钢膜片上承受的外界压力变化时，由于压敏电阻效应，不锈钢膜片产生微小形变导致惠斯通电桥的阻值发生变化，通过ASIC调理芯片将电阻信号转换为电压信息输出。
图9 硅应变片敏感元件示意图
图10 硅应变片敏感元件示意图
3.2.4 硅压阻式结构的压敏元件
硅压阻技术(图11)利用半导体材料的压阻特性来实现，在硅膜片的表面蚀刻出等效的电阻来组成惠斯通电桥 (图12)。当硅膜片上承受的外界压力变化时，由于压敏电阻效应，硅膜片产生微小形变导致惠斯通电桥的阻值发生变化，通过ASIC调理芯片将电阻信号转换为电压信号输出。
图11 硅压电阻敏感元件示意图
图12 硅压电阻敏感元件示意图
3.3 电阻式压力传感器在汽车行业的主要应用
电阻式技术具有体积小、量程范围宽、温度一致性好等优势，电阻式压力传感器被广泛应用在水、气、液多种介质的压力检测中，尤其适用于汽车系统(表2)恶劣的工况环境。
表2 电阻式压力传感器在汽车上的主要应用
4 结束语
汽车工业作为国民经济的支柱产业，国内已经在加快发展，减小和欧美日韩之间的差距。同时作为汽车工业的核心零部件之一的传感器也在快速发展，文中几种典型技术的压力传感器市场，不仅有国际知名的企业，如Bosch、Conti、 Sensata、NXP、Infineon、TE等，也有国内的企业，如上海保隆、苏州纳芯微、昆山双桥、无锡芯感智、重庆德尔森、湖南启泰等。
