基于低温共烧陶瓷的无线无源传感器设计

设计一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)的无线无源压力传感器。电感器和电容器并联组成的LC谐振回路构成传感器的工作电路,采用厚膜工艺完成了平面螺旋电感器和平行板电容器的制备。传感器利用LC谐振回路的谐振频率对不同压力的响应来表征传感器的应变特性,采用2个电感耦合的方式来实现无线检测。测试结果显示:传感器的谐振频率随外加压力的增大而减小,其谐振频率变化对压力的响应灵敏度约为331.70 kHz/bar。     

氧化铝陶瓷基无线无源压力传感器的高温性能研究

利用高温烧结陶瓷技术制备了一种基于氧化铝陶瓷的LC谐振式无线无源压力传感器,并通过合理地设计圆柱螺旋天线以及隔热结构,实现了该传感器在高温环境中的无线耦合测试。研究了传感器在不同温度下的阻抗频率特性,分析并探讨了传感器的高温性能。测试结果表明,在29℃(室温)至700℃的温度范围内,测试天线端的最高瞬时温度为188.4℃,保证了传感器高温测试的可靠性。谐振频率对温度的平均变化量为1.314 kHz/℃,两次重复性测试的相对变化量为3.81%,重复性较好。该压力传感器可应用于高温恶劣环境下的压力测试,其高温性能的研究为压力信号的准确读取奠定了良好的基础。     

基于LTCC的无线无源压力传感器的研究

设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)的无线无源压力传感器,利用传感器谐振频率对不同应变的响应来表征传感器的应变特性,采用互感耦合的方式对传感器的谐振频率进行读取。搭建了压力测试平台,通过对天线特征参数的测试获取传感器的谐振频率,测试结果表明,基于LTCC的无线无源压力传感器的谐振频率随外界压力的增大而减小,谐振频率随压力的变化近似于线性变化,灵敏度约为543.12 kHz/bar。     

一种LC谐振无线无源温度传感器的研究

无线无源传感器在工业领域具有重要的应用。本文设计了一种基于高介电常数陶瓷基板的无线无源LC谐振温度传感器,采用电感耦合的方式无线测试了传感器在不同温度下的特性。测试结果表明所制作的无线无源温度传感器谐振频率为1.2MHz,随着温度的升高其谐振频率线性降低,灵敏度为2.3kHz/℃。本文制作的器件实现了非接触式的温度测量,可以在比较恶劣的环境下使用。     

基于高温烧结氧化铝陶瓷的无线无源温度传感器

通过高温烧结技术获得了总体尺寸为28 mm×28 mm×0.47 mm的氧化铝陶瓷基板,结合厚膜技术在该基板上印刷无源LC串联谐振电路,设计并制备了一种基于氧化铝陶瓷的无线无源温度传感器。在18℃~300℃的温度范围内实现了传感器的无线测试,测试结果表明该温度传感器呈现出了良好的线性特征,线性范围大且非线性误差小,其谐振频率对温度的灵敏度约为2.75 kHz/℃,可应用于高温恶劣环境下的温度检测。     

基于LC谐振的无线无源应变传感器研究

研究一种平面螺旋电感和叉指电容并联结构的LC谐振无线无源应变传感器,利用LC谐振回路的谐振频率对不同应变的响应来表征传感器的应变特性,采用电感耦合的方式来实现无线检测.结果显示LC应变传感器的谐振频率随外加张应变增加而降低,沿电容电极长度方向谐振频率变化对应变的响应灵敏度约为0.3 kHz/με,垂直于电容电极长度方向...     

LC谐振式压力传感器的高温关键参数研究

无线无源高温压力传感器在高温、高压等恶劣环境中应用日益广泛,其耐高温性能已成为衡量传感器的一项最基本且重要的指标。利用低温共烧陶瓷LTCC(Low Temperature Co-Fired Ceramic)技术,分别设计和制作了陶瓷基片上电感及电容器件,并进行高温特性测试,通过讨论和分析确定了造成电感和电容随温度变化的原因。测试结果表明:在100℃~500℃温度范围内,电感L基本保持不变,等效串联电阻R增大了2.7倍,电容C增大了5.3%,从而LC谐振传感器的品质因数Q减小了72.8%。该测试及分析对高温环境下基于LC谐振式压力传感器的优化设计具有重要的指导意义。     

LC谐振传感器的信号检测系统研究

根据LC谐振传感器互感耦合系统的理论模型,设计了一种LC谐振传感器信号检测系统。该系统包括模拟部分、数字部分以及解算方法。模拟部分是通过混频器提取谐振信息,再用低通滤波器( LPF)直流化输出信号以方便数据采集。数字部分是完成信号采集及传给上位机处理。解算方法是通过同步模拟部分的线性扫频源与数字部分的数据采集,实现从携带谐振信息的直流信号中获取谐振频率。实验结果表明：该系统能够完整获得LC谐振传感器的测试信号,其性能稳定,测量精度高,谐振频率测量误差小于3.5%。该系统有望运用于LC传感器信号无线测量的领域。     

双层结构的无线无源柔性压力传感器设计

本文设计了一种双层结构的基于平面螺旋电感与叉指电容并联结构的LC谐振式无线无源柔性压力传感器。该传感器利用平面LC谐振回路的谐振频率随着外界应力的变化而改变的特性,采用电磁耦合的方式来实现对外部压力的无线测量。通过高频电磁仿真软件HFSS的建模与仿真,表明:该双层结构的传感器具有良好的压力测量特性,其有效测量距离达到了35mm,高于单层结构的测量距离(25mm),且可恢复性和重复性能良好,在电子皮肤和智能穿戴领域有着广阔的应用前景。     

基于微波后向散射原理的介质调谐型薄膜温度传感器

针对恶劣环境表面温度测试需求,设计了一种基于微波后向散射原理的无线无源薄膜温度传感器.该传感器是金属贴片型的"三明治"结构,由HTCC氧化锆陶瓷和Ag金属层制备而成.采用耐高温微带天线进行测试,通过网络分析仪读取回波损耗和频率的关系,得出其谐振频率随温度升高而减小,是由氧化锆温度敏感介质的介电常数随温度升高而增大引起的,完成了感器在50 ℃~700 ℃的高温测试,平均灵敏度为96.63 kHz/℃,具有高Q值、外形小巧、结构简单的特点.     

一种新型无源电容式温度传感器的制备与测试

为了实现高温、机械旋转和密闭空间等恶劣环境中的原位温度测量,以高居里点的铁电陶瓷为温度敏感介质材料,在传统低温共烧陶瓷(LTCC)工艺的基础上,采用牺牲层填充技术,保证了制备过程的工艺兼容性,成功制备出了一种基于LTCC衬底的新型无源电容式温度传感器。通过外部读取天线与传感器线圈的互感耦合,实现了从常温至700℃的传感器温度特性测试,测试结果表明:这种电容式温度传感器具有良好的温度敏感特性,其平均灵敏度为-7.33 kHz/℃。     

基于三次样条插值的硅压阻式压力传感器的温度补偿

传感器的零点温度漂移、灵敏度温度漂移和非线性误差是影响传感器性能的主要因素,如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能有重要意义。提出了基于三次样条曲线插值的温度补偿方法,改进了传统三次样条曲线插值的补偿方法,分别对传感器的零点、灵敏度以及非线性进行补偿,用这种方法对测压范围为1.0140×105 Pa～3.0140×105 Pa,温度范围为-20℃～+60℃的硅压阻式压力传感器的实验标定结果进行了温度补偿。通过比较传统三次样条插值补偿后的传感器输出信号,验证了使用改进后的三次样条曲线插值法的补偿效果更好。这种方法为高精度压力传感器的温度补偿提供了一种有价值的理论依据。     

静电激励硅微机械谐振压力传感器设计

设计了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器,采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器,利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对传感器检测信号微弱和同频干扰严重的特点,在芯体和接口电路设计中采取添加屏蔽电极、降低交流驱动电压幅值、差动电容检测和高频载波调制解调方案等多项措施。同时基于该接口电路设计了开环测试系统,并在常压封装条件下对传感器进行了初步性能测试。实验结果表明:其基础谐振频率为33.886 kHz,振动品质因数为1222;测量范围为表压0~280 kPa,非线性为0.018%FS,迟滞为0.176%FS,重复性为0.213%FS;在-20~60℃的温度范围内,谐振器的平均温度漂移为-0.037%/℃。     

气体压力式FBG温度传感器设计

针对基于电信号传输的温度传感器难以在石油、化工、变电站等高危环境中做检测的问题,设计了气体压力式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器.采用气体压力式结构,在等强度悬臂梁上下表面的中心轴线上各粘贴一只具有相同敏感系数的FBG,分析了该温度传感器的工作原理,建立了其理论数学模型,并组装了传感器.通过对设计的气体压力式FBG温度传感器进行升降温实验测试,得到传感器的静态性能特性:传感器的线性度为3.59％FS,升温过程中灵敏度为10.14 pm/℃,降温过程中灵敏度为9.99 pm/℃.     

边远岛气压温湿集成测量系统设计

气压、空气温湿度是海洋气象的重要观测内容;介绍了采用新型压力传感器MS5534C和温湿度传感器SHT15构成的集成测量系统在边远海岛气象监测中的一个应用实例,描述了这两个传感器的基本特性及其与微控制器C8051F120的硬件接口设计和软件控制方法;给出了RS-485总线接口电路设计、软件设计及其集成方法;系统经检定表明,气压的最大误差是-0.29hPa,温度的最大误差是-0.19℃,湿度的最大误差是-3%,优于项目的设计指标;实际应用证明,该系统具有精度高、功耗低、维护方便和可靠性高的特点。     

一种MEMS同振柱型仿生矢量水听器的研制

提出了一种结合MEMS技术、仿生原理和压阻原理的同振柱型矢量水听器,即由二维仿生水听器和声压水听器组合而成的柱体。在声学理论基础上详细介绍了该水听器的封装设计及制作过程,在国防水声一级计量站对该矢量水听器进行校准实验,实验结果表明:该同振型矢量水听器的工作频带范围为0～3 kHz;X通道灵敏度-177.9 dB(2 kHz),Y通道灵敏度-175.4 dB(2 kHz),声压通道灵敏度-175.8 dB(2 kHz);具有很好的"8"字指向性;可承受3 MPa压力。此新型MEMS同振矢量水听器适用于民用船只避障,渔业捕捞,海洋勘探等领域。     

Surface micromachined piezoelectric accelerometers (PiXLs)

The design, fabrication, and characterization of surface micromachined piezoelectric accelerometers are presented in this paper. The thin-film accelerometers employ zinc oxide (ZnO) as the active piezoelectric material, with different designs using either polysilicon or ZnO bimorph substrates. Sensitivity analyses are presented for two specific sensor designs. Guidelines for design optimization are derived by combining expressions for device sensitivity and resonant frequency. Two microfabrication techniques based on SiO₂ and Si sacrificial etching are outlined. Techniques for residual stress compensation in both fabrication processes are discussed. Accelerometers based on both processes have been fabricated and characterized. A sensitivity of 0.95 fC/g and resonant frequency of 3.3 kHz has been realized for a simple cantilever accelerometer fabricated using the sacrificial SiO₂ process. Sensors fabricated in the sacrificial Si process with discrete proof masses have exhibited sensitivities of 13.3 fC/g and 44.7 fC/g at resonant frequencies of 2.23 kHz and 1.02 kHz, respectively     

Wireless micromachined ceramic pressure sensor for high-temperature applications

In high-temperature applications, such as pressure sensing in turbine engines and compressors, high-temperature materials and data retrieval methods are required. The microelectronics packaging infrastructure provides high-temperature ceramic materials, fabrication tools, and well-developed processing techniques that have the potential for applicability in high-temperature sensing. Based on this infrastructure, a completely passive ceramic pressure sensor that uses a wireless telemetry scheme has been developed. The passive nature of the telemetry removes the need for electronics, power supplies, or contacts to withstand the high-temperature environment. The sensor contains a passive LC resonator comprised of a movable diaphragm capacitor and a fixed inductor, thereby causing the sensor resonant frequency to be pressure-dependent. Data is retrieved with an external loop antenna. The sensor has been fabricated and characterized and was compared with an electromechanical model. It was operated up to 400/spl deg/C in a pressure range from 0 to 7 Bar. The average sensitivity and accuracy of three typical sensors are: -141 kHz Bar/sup -1/ and 24 mbar, respectively.