基于MEMS技术的汽车传感器研究进展

随着汽车传感器的迅速发展和对MEMS(微机电系统)技术研究的深入,基于MEMS技术的汽车传感器具有广阔的应用前景。本文就MEMS汽车传感器的研究应用现状、MEMS汽车传感器的分类、制作加工技术和工艺等进行了简述,并详细介绍了几种典型的MEMS汽车传感器,最后对MEMS汽车传感器今后的发展进行了探讨。     

室内微型组合导航计算机设计

通过对室内导航技术的分析,结合嵌入式控制技术和和微机电系统(micro electro mechanical systems,MEMS)技术,提出了基于MEMS惯性/视觉的室内微型组合导航计算机设计方案。该方案以室内导航的性能需求为基础,设计了以MEMS惯性传感器和摄像头为主要传感器电路,并融合各模块数据完成了计算机系统设计。测试结果表明该系统能够正确采集前方障碍物的距离信息和运动信息,体积小,可靠性高,满足室内导航的要求。     

MEMS电场传感器测试技术研究及进展北大核心CSCD

传感器测试技术对于MEMS电场传感器的研制、试产与测量应用非常重要。文中在MEMS电场传感器研发基础上分析了晶圆级测试、器件级测试、测量标定等技术及发展现状,首先介绍MEMS电场传感器原理、结构设计和传感器件的制备工艺等特点。然后重点阐述现阶段研制MEMS电场传感器的晶圆级测试内容与测试方法、器件级测试内容和测量标定系统。最后分析了国内外MEMS电场传感器测试技术的局限性和发展趋势。在此基础上指出随着国内MEMS电场传感器深入应用,MEMS传感器件测试技术将会迎来快速发展期。     

汽车ABS轮速传感器性能测试系统的实现

针对汽车防抱制动系统中广泛使用的磁电式轮速传感器,在分析其可能失效模式的基础上,提出了汽车ABS轮速传感器的测试方法,并对汽车ABS轮速传感器性能测试系统的总体布置以及测试软件进行了设计。然后在此性能测试系统上对汽车ABS轮速传感器进行了性能测试,完成了相关的试验验证。研究结果显示,这套系统工作可靠,实施方便,不仅能快速的检测轮速传感器各项指标是否合格,而且能模拟实车进行轮速传感器失效研究,为分析ABS轮速传感器的故障诊断问题提供了方便。     

MEMS航姿系统振动环境适应性研究

针对MEMS(微机械)航姿系统的性能受振动环境的影响,提出了MEMS航姿系统减振设计方案。根据MEMS航姿系统的工作原理,分析了振动环境对MEMS航姿系统的性能影响;基于被动减振设计的原理,设计了航姿系统减振结构,基于振动环境中MEMS惯性传感器的数据特征,设计了一种自适应变步长平滑滤波器用于平滑振动加速度,应用平滑后的加速度信息与MEMS陀螺测得的角速度信息进行融合,实现了振动环境下的姿态解算。MEMS航姿系统的振动环境试验验证了论文提出的减振方案与振动环境下数据处理算法的有效性。     

未来4年我国传感器行业发展预测

2009-2010年全球传感器技术发展凸显出MEMS技术广泛应用及纳米传感器市场前景广阔两个基本特点。在过去的一年中,全球各类传感器在光传感器、温度传感器、半导体传感器和光纤传感器、MEMS传感器等市场增长迅速。北美地区汽车传感器市场增长显著,而在亚洲,日本传感器市场增长强劲、欧洲德国发明监测作物干渴的传感器。     

光纤连接器的应用环境条件和失效机理分析

针对国内缺乏光纤连接器失效机理研究的现状,分析了户外、水下和军事应用背景下光纤连接器的典型环境条件及其可靠性问题。对光纤连接器进行了失效模式、机理及影响分析（FMMEA）,为光纤连接器基于失效物理的可靠性设计分析相关研究奠定基础,并对光纤连接器可靠性验证相关的试验标准和预计标准进行了分析。分析结果表明,目前的标准及方法无法对光纤连接器进行准确的可靠性验证,需要进一步深入研究光纤连接器的失效规律,并建立其失效机理模型。     

复杂应力条件下 MEMS 加速度传感器可靠性分析

针对 MEMS 加速度传感器在复杂应力条件下潜在的疲劳失效与断裂失效问题,提出了一种基于全概率公式的可靠性 评估模型,完成了器件在振动环境、冲击环境以及振动-冲击耦合环境下的可靠性建模。 模型包含 Wiener 过程和齐次泊松随机 过程,分别描述器件在振动环境中的疲劳损伤以及器件遭受的随机冲击,进一步考虑了随机冲击的幅值大小对器件退化率的影 响。 通过器件在冲击应力下产生的疲劳损伤突增量,反映多失效模式间的相关性。 对比分析了振动-冲击相互独立与相互耦合 作用的可靠性模型,结果表明,振动-冲击相互耦合作用的可靠性模型评估结果更具有指导意义。     

基于故障注入的列车无线传感器网络可靠性测试系统

可靠性是制约无线传感器网络在列车中应用的关键因素,需要在设计开发阶段测评列车无线传感器网络的可靠性。对此,设计了基于故障注入技术的列车无线传感器网络可靠性测试系统。这一系统可以模拟列车运行中的各种故障,注入无线传感器网络,同时收集运行数据,进而评价无线传感器网络的可靠性,对无线传感器网络的结构、协议、算法等进行有针对性的改进。通过测试验证了这一系统的有效性。     

基于CPLD的航空智能流量传感器

本文比较详细地研究了基于CPLD设计的智能流量传感器的原理、方案、软硬件结构及优缺点.文中研究了基于CPLD技术提高智能传感器的可靠性及实现数字补偿、标度变换、数字滤波、输出线性化等.     

Development of Corrosion‐Resistant Pressure Sensor with Semiconductor Strain Sensor

In automotive and industrial fields, pressure sensors are a key component for precisely controlling the mechanical systems. Conventional micro electro mechanical system (MEMS)‐based pressure sensors have an advantage in noise resistance, because both strain gauges and control circuits are integrated in one chip. However, the MEMS‐based pressure sensors are generally fabricated on an Si substrate, and have a low stability against various active gases. Thus, we have newly proposed a pressure sensor which consists of an Si‐based strain sensor set on a stainless steel diaphragm with a high stability against the active gases. The key technology is that a Koval plate is inserted between the strain sensor and the stainless steel diaphragm, for preventing the breakage or the delamination of the strain sensor at the bonding interface due to a difference in thermal expansion. Structure of the sensor including the shape and the size of Koval plate and the assembly position of the strain sensor were designed using structural simulation and experiments. Eventually, the 2.8 mm wide and 0.17 mm thick Koval beam was bridged on the stainless steel diaphragm for efficiently transmitting the diaphragm deformation to the strain sensor. The strain sensor was assembled at the edge of Koval beam with a glass bonding technique. Consequently, the developed pressure sensor has achieved a small dispersion of less than 1% F. S. in a temperature range from 0 °C to 85 °C.     

硅基微型静电谐振式直流电场传感器建模与仿真分析

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器因其体积小、功耗低、成本低、易于量产等优势在电力系统具有广泛应用前景。以静电式电极共面水平谐振MEMS直流电场传感器为研究对象,针对其驱动单元、运动过程和感应单元,分别建立基于静电力驱动的传感器动力学模型和基于静电感应的敏感结构电学模型,实现了微型电场传感器的多物理场模型集成。所建立的模型可定量表征传感器的输出特性以及相关结构尺寸对传感器性能的影响。通过仿真计算发现,适当减少齿宽与齿间距、增加感应齿长,可以提高该类型传感器的输出电流,进而提高其测量灵敏度。该文的研究成果可为微型电场传感器的设计和性能优化提供参考。     

现代传感器发展方向

传感器是信息系统的源头,在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。本文试图探讨现代传感器技术发展方向,从概念、原理、性能和应用等层面评述了9种传感器：光纤传感器、集成传感器、MEMS传感器、模糊传感器、智能传感器、多功能传感器、模型传感器、网络传感器及生物传感器,且每类传感器列举了应用实例。     

现代传感器发展方向（续）

传感器是信息系统的源头,在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。本文试图探讨现代传感器技术发展方向,从概念、原理、性能和应用等层面评述了9种传感器：光纤传感器、集成传感器、MEMS传感器、模糊传感器、智能传感器、多功能传感器、模型传感器、网络传感器及生物传感器,且每类传感器列举了应用实例。     

浅析MEMS传感器在智能家居领域的应用

随着物联网技术的发展,智能家电已进入千家万户,从大到一台冰箱,小到一个开关的智能设备构成了智能家居体系.物联网使智能家电能通过互联网连接进行信息交换,智能家电感知外部世界获取信息则是通过传感器实现的.当前智能家居领域的应用场景不断细化,对传感器的尺寸、功耗、价格有了更高的需求.以下介绍MEMS传感器的技术及应用、MEM...     

基于微电子机械系统的光学电流传感器原理与设计

光学电流传感器解决了传统电流互感器的缺点，但仍然存在生产困难、性能易受环境温度影响等不足，MEMS作为一种新兴技术，可批量生产各种性能良好的微电子器件，该文提出了将MEMS技术用于检测高压交流电的光学电流传感器。高压侧的传感装置由Rogowski线圈、MEMS扭转微镜和双光纤准直器组成。文中介绍了器件的高压侧敏感原理和光学检出原理，给出了器件的结构参数条件、模态分析和温度补偿结果，并利用ANSYS与Matlab软件对器件的性能进行了仿真模拟和分析。理论结果表明：温度补偿后，温度变化±50K时测试误差为0.2%，400A、2000A电流下的灵敏度分别为0.001dB/A 与0.09dB/A, 说明了基于MEMS技术的光学电流传感器具有一定的研究价值。     

基于POA-VMD-WT的MEMS去噪方法

针对MEMS传感器所测得的加速度和角速度输出信号噪声较大问题,提出一种基于鹈鹕优化算法(pelican optimization algorithm, POA)的变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)结合小波阈值(wavelet threshold, WT)的去噪方法。首先利用POA对VMD的参数组合进行优化选择,然后应用POA-VMD将含噪信号自适应、非递归地分解为一系列本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)。再通过计算每个IMF的余弦相似度对IMFs进行分类,根据计算结果将IMFs分为噪声主导分量与信号主导分量,对分类后的噪声主导分量进行改进小波阈值去噪处理,最后对处理后的噪声分量与信号主导分量进行重构,获得降噪后的MEMS传感器信号。静态和动态实验结果表明,该方法去噪处理后信号的信噪比分别提高12和10 dB,均方误差分别降低75.5%和46.6%,去噪效果显著,能够提高MEMS传感器的精度。     

基于卡尔曼滤波器的姿态角测量系统设计

针对动态环境下载体的姿态测量,以无人机的航姿测量系统小型化为背景,给出了一种采用MEMS惯性器件构成的姿态角测量系统。系统采用新型32位ARM Cortex-M3内核微控制器STM32F103ZET6作为控制处理单元,传感器采用ADXL345加速度计、L3G4200D陀螺仪和HMC5883磁阻传感器。对于MEMS器件精度低,数据易发散的问题,采用卡尔曼滤波器实时将加速度计、陀螺仪和磁强计的数据进行融合,计算负担小,实时性好。实验结果表明,该姿态测量系统在静态和动态环境下都能够较好的完成载体姿态测量的任务。     

Development of Flexible Piezoelectric Strain Sensor Array

In this paper, we present a novel flexible sensor array manufacturing process that involves transfer printing methods using a chip mounter with a vacuum collet. We successfully transfer‐printed continuously very fragile microelectromechanical systems (MEMS)‐based 5‐mm‐long, 1‐mm‐wide, 5‐μm‐thick high‐aspect‐ratio ultrathin PZT (1.9 μm)/Si (3 μm) strain sensors onto a polyimide based flexible printed‐circuit (FPC) substrate with etched Cu wiring. Then, we connected the sensors to the Cu wiring by printing insulating and conductive pastes using a screen printer. The output voltage based on the deformation behavior of the test plate was generated from the flexible piezoelectric strain sensor array attached to the plate. Therefore, the developed piezoelectric sensor array is capable of easily performing the distribution measurement of the strain leading to damage such as cracks.