基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器的设计与仿真

针对铂等常用金属热敏材料电阻温度系数(TCR)不高,导致热式MEMS流速传感器宽量程测量时功耗高的问题,设计了 一种基于非晶锗(a-Ge)薄膜热电阻的低功耗、宽量程柔性MEMS流速传感器.非晶锗热电阻材料具有较高的TCR系数(约为-0.02/K)和室温电阻率(5Ω·m),传感器在较低的工作温差和功耗下可获得宽量程的流速测量.阐述了该柔性MEMS流速传感器的设计结构、工作原理、3D有限元建模和热-流场仿真结果.利用聚酰亚胺衬底空腔膜上的四个非晶锗热电阻同时作为自加热热源和测温元件.四个非晶锗热电阻组成一个惠斯通电桥,同时结合热损失和热温差原理来实现宽量程流速测量和测向.仿真结果表明,惠斯通电桥采用恒电流供电只需120μA,使得非晶锗热阻的工作温度与环境温度之间的温差不高于6 K,就可对0～50 m/s范围内的流速进行测量,且功耗在1.368 mW以内.该柔性流速传感器易于采用MEMS技术批量制造,可贴于曲面应用,非常适于物联网等低功耗流速传感领域.     

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量.选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9 mm×7 mm×30μm.设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路.测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418％/℃,实验实现了0～36 m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295 mV/(m/s).同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应.所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域.     

迫弹电子时间引信电路的设计

介绍迫弹电子时间引信电路DY21的电路设计、版图设计、工艺设计，着重介绍电路设计及关键技术。该电路的功能强大、精度高、安全可靠，达到设计要求。     

用于流速测量的微型力传感器的研制

设计并仿真了一种压阻式六自由度力传感器及其测量电桥,采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备了以单晶硅为结构材料的六自由度力传感器,完成了传感器芯片的封帽式封装。压阻式六自由度力传感器的尺寸为5 mm×5 mm×3 mm,由传感器芯片、探测柱和封装外壳组成。基于流体的绕流阻力效应,完成了压阻式六自由度力传感器水流流速检测实验。实验证明,该传感器的量程为0～0.55 m/s,可以灵敏检测到低速水流的波动性变化,并且传感器在水流速度为0.45～0.55 m/s的测量范围内灵敏度较高。利用单晶硅材料易于小型化、滞后极小的特点,该六自由度力传感器响应快、环境适应性强、可批量制造。     

基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度为0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。     

动态激光定距技术在迫弹上的应用研究

根据迫弹用动脉激光定距技术的特点，经过大量的试验、分析和研究，应用脉冲鉴定相体制，设计出体积小，重量轻，定距误差小于0.5米，装定方便易行的动态激光定距原理样机，为激光定距技术用在子母弹母弹开仓，云爆弹上定高起爆提供了广阔的应用前景。     

自加热非晶锗热电阻MEMS流速传感器的制造与测试

为扩大流速传感器的测量范围并降低功耗,制造并测试了一种基于自加热非晶锗薄膜热电阻的MEMS流速传感器,它是由嵌入氮化硅薄膜的四个非晶锗热敏电阻和一对环境测温补偿电阻组成。四个非晶锗热电阻同时作为自加热热源和测温元件,相互连接以形成惠斯通电桥。给出了MEMS工艺流程,微加工制造了尺寸为8.9 mm×5.6 mm×0.4 mm的流速传感器芯片。搭建了低流速和高流速气流通道实验装置,对传感器的惠斯通电桥施加50μA的恒定电流(CCA),实现了0～50 m/s范围内的流速测量。结果表明,传感器在低流速(0～2 m/s)时的灵敏度约为81.6 mV/(m/s),在高流速(2～50 m/s)时的灵敏度约为51.9 mV/(m/s),最大功耗仅约为1.03 mW。     

基于双稳态势能调节的仿生纤毛流速传感器

针对流速传感器的高分辨率需求,提出了一种基于双稳态势能调节的仿生纤毛流速传感器。该传感器由纤毛、电极层、上部结构层、中间连接层和下部支撑层等多层结构构成,其中上部结构层一方面采用不对称梳齿结构实现差分电容检测,另一方面布置周期性调制梳齿实现系统势能函数呈现双稳态。通过流体-固体力学-静电多物理场耦合分析,得到电容随流速的变化关系,分辨率优于0.001m/s,另外通过调制梳齿的静电场分析,绘制出系统势能函数曲线。最后,基于MEMS加工技术,通过设计合理的工艺流程制备出了该传感器。     

基于MEMS技术的微型电场传感器设计与仿真

报道了一种新型的基于MEMS技术的微型电场传感器。该传感器采用半导体微加工工艺制备，具有体积小、重量轻、功耗低等优点。阐述了传感器的工作原理，描述了设计方案，介绍了计算机模拟仿真结果。     

MEMS热敏微流量传感器研究

采用标准MEMS工艺,设计并制造了一种Pt薄膜热式微流量传感器,并且以水和甲醇为工质,对该热式微流量传感器的工作特性进行了实验研究和数值模拟.结果表明,在50 μL/min～300μL/min的参数范围内,其工作曲线具有较好的线性测量特性,在薄膜高功率工作及采用小比热容的工作液时,传感器有更高的敏感性;结合理论分析与传热流动的数值模拟,研究了传感器的传热特性,模拟与实验吻合较好.该研究结果将为传感器设计封装的优化提供理论参考和依据.     

MEMS热风速计流固耦合模拟

通过设置流-固耦合面和固-固耦合面,采用ANSYS软件对MEMS热风速计进行了有限元模拟,基本解决了热风速计有限元模拟中遇到的多物理场耦合问题.通过对不同风速,不同风向情况下的风速计芯片的热分布进行了模拟和分析,得到了一些有助于芯片设计的结论.最后,为了验证模型的正确性,进行了实验测量.实验数据与模拟结果基本相符,误差在8%以内.     

应用于流动控制的MEMS传感器和执行器

出现于20世纪80年代后期的微机械技术可以制作出微米尺度的传感器和执行器。这些微器件与信号调节和处理电路集成后,组成了可执行分布式实时控制的微电子机械系统(MEMS)。这种性能为流动控制研究开辟了一个崭新的研究领域。利用MEMS技术设计和制作了一种传感器和一种执行器。实验证明,采用体硅腐蚀的工艺制作微流体器件是可行的,同时可以避免牺牲层腐蚀和释放的复杂工艺。     

具有温度补偿的微细圆柱基MEMS流速传感器研究

目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。设计并制造了一种可介入小管径管道的、具有温度补偿功能的圆柱基流速传感器,器件采用旋转投影曝光和微机电系统(MEMS)技术制作而成,包含一个薄膜型加热电阻和一个稳定补偿电阻,基于热阻原理可实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明：该流速传感器的温度系数为0.2236%/℃,灵敏度为4.25 mV/(cm·s^-1)。研制的圆柱基MEMS流速传感器可在内径为2 mm的管道中对具有一定温度变化的流体进行流速测量,有望应用于工业、生物医学等领域。     

硅热流量传感器的研究与发展

本文详细地介绍了硅热流量传感器的工作原理并对它进行了细致的分类,同时概括了其发展和应用情况,最后对其目前发展过程中一些尚待解决的问题及其未来的发展趋势进行了讨论。     

MEMS热膜式微型流量传感器的研制

针对微型流量传感器的应用问题,提出了一种可以准确测量各种气体微型流量、基于MEMS工艺的新型MEMS热膜式传感器。基于热量传递原理的热膜式流量传感器由一个加热器和一对微型温度传感器组成,只要测得两个温度传感器的温度差值,就能得到气体的流量。分析了该器件的原理并进行了ANSYS仿真,设计了器件的结构,进行MEMS工艺开发,制作出可实用化的产品。测试表明,该器件的测量量程达到0.5～200m3/h,精度1.5级,响应时间20ms,量程比1:400,显示该器件测量流量的功能达到了实用化水平。     

电阻悬浮的MEMS热膜式气体流量传感器设计

设计了一种新型电阻悬浮结构的热膜式气体流量传感器,具有测量精度高、灵敏度好、抗压能力强、微加工工艺简单等特点。采用ANSYS软件对传感器芯片在不同流速下的温度场进行了有限元仿真,得出了上下游温差与流速的关系曲线。通过比较热膜电阻非悬浮与悬浮时的导热损失和压力分布,得到了将热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器的结论,其灵敏度为一般传感器的3.6倍。分析表明,传感器的响应时间仅为0.17 ms,比一般传感器快了好几倍;流速在0～0.5 m/s和0.5～2.5 m/s时,传感器输出信号都有较好的线性度,使其能够应用于小流量和大流量的测量当中;流道高度为150μm时,流量为0～2.7 L/h。根据工艺条件和仿真结果,确定了传感器芯片的结构尺寸和微加工工艺流程。