油田测井用压力传感器的研制∀

油田测井用压力传感器在温度、量程和封装等方面有着特殊的要求,我们提出了一种新型多晶硅压力传感器,其工作温度高(-20～220°C),压力量程宽(2～30 MPa),具有较高的稳定度(<4×10-4FS/°C).文中多晶硅膜的零点温漂TCR 和灵敏度温漂TCS特性,给出了片内温度补偿的方法.     

带恒温控制与自校正的硅铝异质结构压力传感器研究

传统硅基压力传感器普遍具有灵敏度低、温漂和时漂明显等半导体器件固有属性.本文提出的硅铝异质结构MEMS压力传感器及其恒温控制和自校正方法可一定程度上解决该问题.采用SOI硅片制造了具有压阻放大效应的新型硅铝异质结构压力传感器芯片,利用有限元仿真验证了其有效性.随后为其设计了恒温控制封装结构和自适应优化目标值PID加热控制策略,采用热稳态分析验证了该恒温控制封装的合理性.传感器采用AD5420可调电流源来模拟传感器的标定压力,在传感器发生一定时漂特性后更新传感器的输出特性,完成自校正操作.实验表明单个应力敏感硅铝异质结构在恒温系统控制下达到0.283 mV/V/kPa的灵敏度,结合温度参考结构的差分输出,传感器的热零点漂移系数从-6.92×10-1％FS/℃减小至-1.51×10-3％FS/℃,且可达到±5.5 kPa的预测误差,同时自校正操作将传感器最大预测误差从-6.1 kPa减小至5.0 kPa.本文提出的硅铝异质结构压力传感器的温度补偿与时漂补偿方案对优化压阻式压力传感器的综合性能有着一定的借鉴意义.     

片上温漂补偿的压阻式压力芯片的设计与制造

为解决硅压阻式压力芯片灵敏度随着温度变化发生漂移的问题,本文设计了一种在片上集成温度补偿结构的压力芯片。在压力芯片上制备电阻温度系数(TCR)为负数的多晶硅电阻用于分压,调整不同温度下的惠斯通电桥端电压以达到灵敏度补偿的效果。本文的研究包含理论分析、参数计算,并进行了芯片制备和性能测试。性能测试结果表明,补偿后的耐高温封装传感器芯片在-50~270℃区间内,温漂为-0.034%FS/℃,简易封装传感器芯片在常温（-40~125℃）区间内的温漂为-0.008%FS/℃,该补偿芯片的温漂远小于无补偿的压力芯片。     

压电陶瓷传感器的灵敏度温漂误差补偿研究

针对微测系统中压电陶瓷传感器的灵敏度温漂会使其在变化的温度环境中工作时性能不稳定,进而影响检测精度问题,提出了一种基于改进Elman神经网络的压电陶瓷传感器灵敏度温漂误差补偿控制方法。分析了压电陶瓷传感器产生灵敏度温漂现象的原因。以压电陶瓷切削力测量传感器为对象,在不同温度下对传感器的灵敏度进行了标定试验研究。研究结果表明,压电陶瓷传感器在同一温度下工作时具有良好的线性度,在温度变化的环境中工作会伴有灵敏度温漂现象。为了有效补偿灵敏度温漂附加误差,提高检测精度,建立了基于改进Elman神经网络的灵敏度温漂补偿模型,并对模型涉及的学习算法、激励函数、输入输出层节点以及承接层和隐含层节点数等相关内容进行了研究。对比试验验证结果表明,所建立的灵敏度温漂补偿模型对压电陶瓷传感器的灵敏度温漂误差补偿控制效果明显,未经灵敏度温漂补偿,直接按照常温下灵敏度标定结果预测的压电陶瓷传感器加载力和实际加载力之间误差较大,最大误差达到29.16 N,利用本文建立的基于改进Elman神经网路灵敏度温漂补偿模型补偿后,补偿模型的预测力和压电陶瓷传感器的实际加载力最大误差仅0.72 N,有效保证了检测精度。     

单晶硅压力传感器温度漂移的补偿方法

介绍了单晶硅压力传感器温度漂移的机理,阐述了采取串并联电阻网络和有源电路分段等综合补偿方法的补偿原理.实验结果表明:在-45～85℃温区内,补偿后,热零点漂移和热灵敏度漂移从±0.5%FS/℃提高到±0.014%FS/℃.     

硅压力传感器静态特性参数计算机标定系统

介绍可标定６４路压力传感器静态特性参数的计算机标定系统。数据采集精度可达０．０５％，可得出传感器的非线性、迟滞、重复性、零位输出、零位温漂、灵敏度、温漂特性参数。该系统还可用于压力传感器的温漂补偿。补偿后压力传感器零位＜０．５ｍＶ，零位温漂＜５×１０－５／℃Ｆ．Ｓ。     

转动极板悬空设计的数字电容角位移传感器及其温度特性测试

在比例式电容测角原理的基础上,设计了一种转动极板为金属材质且为电气悬空设计的数字型角位移传感器,满足180°的测量范围.该传感器具有本质可靠性,无需额外补偿环节,即可对环境温度,潮湿,灰尘等共模干扰具有良好的抑制作用.针对快速变化的温场,进行了基于该原理的角位移传感器的温度特性测试.在环境温度从-15℃升到 65℃,以约6℃/分钟速度变化的过程中,三台样机的最大峰峰值温漂值为0.085%/10℃,实验周期内的最大稳态温漂值为0.07%/10℃,标准不确定度小于0.1%,在以同样温变速度进行的-30℃～ 80℃的宽温实验中,最大峰峰值温漂值小于0.2%/10℃.结果表明,其温漂指标优于目前基于差动测量原理的主流产品.     

用自平衡电桥法补偿压力传感器灵敏度温漂

本文就压力传感器的灵敏度温漂问题进行评述,分析了灵敏度产生的原因并提出利用自平衡电桥法解决灵敏度湿漂的补偿方法。     

硅压阻压力传感器的非线性温度特性

本文叙述了在较宽温区内硅压力传感器的非线性温度特性及新的灵敏度补偿方法。在-15～150℃温区内对几个表面杂质浓度测量了温度特性。灵敏度和阻值可以近似为温度的二次方程式。对于几个表面杂质浓度计算了线性温度项系数和平方温度项系数。研制成了一种温度补偿方法。补偿是利用有不同表面浓度的两个电阻器的线性温度项系数和平方温度项系数的结合方法进行的。通过电子计算机模拟验证了这种补偿方法,结果灵敏度误差为0.7％/200℃。     

基于GA-WNN的电涡流传感器的温度补偿

针对电涡流传感器的温度漂移对其测量精度带来较大影响的问题,提出了基于遗传优化小波神经网络(GA-WNN)算法对电涡流传感器进行温度补偿修正模型。通过对电涡流传感器做标定实验,并且利用LM35温度传感器监测其工作温度,建立GA-WNN神经网络模型。该模型用遗传算法对小波神经网络的权、阈值进行全局的优化,改善了小波神经网络训练速度慢的问题,克服了易陷入局部最优的缺陷。研究结果表明,补偿后的灵敏度温度系数由8.69×10^-3/℃提升到3.48×10^-4/℃;零位温度系数由4. 78×10^-3/℃提升到1.85×10^-4/℃,均提高了一个数量级,成功实现了温度补偿的目的。     

基于RBF 神经网络提高压力传感器精度的新方法􀀂

传感器的温度漂移普遍存在,提出了一种新的补偿方法.用智能温度传感器DS18B20作为辅助传感器,结合主传感器测量变量,利用径向基函数(RBF)神经网络构建双输入单输出网络模型,采用带遗忘因子的梯度下降算法实现了压力传感器高精度温度补偿,比普通补偿方法精度提高了2～5倍.     

基于PSO的BP神经网络在压力传感器温度补偿中的应用

针对硅压阻式压力传感器的温度漂移问题,提出了基于粒子群优化算法PSO(Particle Swarm Optimization Algorithm)的BP神经网络的温度补偿模型,通过粒子群化算法对BP网络的权值和阈值进行全局寻优,克服了BP网络收敛速度慢和易陷入局部极值的缺陷,而且温度补偿的精度较高。研究结果表明,该方法有效的抑制了温度对压力传感器输出的影响,提高了传感器的稳定性和准确性。     

多晶硅湿敏元件的研究

用外延生长法,在具有二氧化硅层的单晶硅衬底上外延生长一层多晶硅,采用平面工艺在其上形成具有数千个矩形小孔的精密阵列,构成多晶硅阵列式湿敏元件.对元件的特性进行了研究,其吸湿响应时间为280ms,脱湿响应时间为620ms.在理论上,引入两种水分子与阵列作用机制,其一,水分子与多晶硅晶界的作用;其二,水分子与阵列结构的碰撞作用.由此计算了元件阻值随相对湿度变化的关系为R=R_0(1-Ax%)/(1+Dx%)将理论值与实验值进行比较, 两者吻合较好.     

基于壳聚糖膜的ISFET 麻黄碱传感器的研究

以硅钨酸为电活性物质 ,用壳聚糖代替传统的聚氯乙烯 (PVC)作为成膜物质 ,制成药物敏感膜。将其与离子敏感场效应晶体管 (ISFET)相结合 ,制成药物敏感传感器。传感器对麻黄碱有良好的响应 ,能斯特范围为 5 0× 10 - 5～ 1 0× 10 - 2 mol·L- 1 ,响应的灵敏度为 5 8 3mV/pC(C的单位为mol·L- 1 ) ,适宜的pH范围是 3 5～ 8 0。利用该传感器分析麻黄碱片剂含量 ,结果和药典方法相一致     

In‐pixel temperature sensor for high‐luminance active matrix micro‐light‐emitting diode display using low‐temperature polycrystalline silicon and oxide thin‐film‐transistors

We propose an in‐pixel temperature sensor using low‐temperature polycrystalline silicon and oxide (LTPO) thin‐film transistor (TFTs) for high‐luminance active matrix (AM) micro‐light‐emitting diode (LED) displays. By taking advantage of the different off‐current characteristics of p‐type LTPS TFTs and n‐type a‐IGZO TFTs under temperature change, we designed and fabricated a temperature sensor consists of only LTPO TFTs without additional sensing component or material. The fabricated sensor exhibits excellent temperature sensitivity of up to 71.8 mV/°C. In addition, a 64 × 64 temperature sensor array with 3T sensing pixel and integrated gate driver has also been fabricated, which demonstrates potential approach for maxing out the performance of high‐luminance AM micro‐LED display with real‐time in‐pixel temperature monitoring.     

高精度无油封压力传感器设计

设计了一种新的传感器封装方法。该方法采用双膜片结构,无油封装。压力膜片为硅-蓝宝石材料,通过硅的压阻效应,利用下膜片实现压力传递,上膜片的惠斯登电桥将感受的压力转换为电压信号。经过温度补偿,使热漂移信号大幅度降低。试验结果表明:在常温条件下,传感器准确度为0.14%FS。在-55~200℃范围内,热零点漂移为0.48×10-3%FS/℃,热灵敏度漂移为0.61×10-3%FS/℃。     

宽温区工作压力传感器热力学研究

介绍了硅-蓝宝石压力传感器的钛合金-蓝宝石复合弹性膜片在宽温区工作时温度变化材料不匹配引起的结构热应力,对弹性膜片的受热情况进行了分析,对不同结构形式传感器热稳定性影响程度进行了对比,利用P型掺杂硅温度特性减少结构热应力影响、降低传感器的热零点漂移.通过膜片结构选择和设计、材料选择、工艺优化和控制等可以使硅-蓝宝石压力传感器在-55~350℃宽温度范围内工作时热漂移不大于0.015%FS/℃,提高了宽温区工作时传感器的热稳定性.     

硅压阻压力芯体恒压激励输出特性与温度补偿研究

为从理论上分析温度对硅压阻压力芯体输出特性的影响及串并联NTC热敏电阻的温度补偿规律,建立含压力和温度变量的分析模型,对10 V恒压激励条件下的硅压阻式压力芯体的输出特性进行了理论研究,并对军用级和民用级压力芯体的温漂系数进行比较分析.最后通过实测电阻温度系数,建立补偿电阻模块等效B值,进行理论计算和数值模拟结果比较分析,方法有效、结果可行,并提高了调试效率,为恒压激励下的温度补偿提供了理论依据.     

Active‐matrix sensor in AMLCD detecting liquid‐crystal capacitance with LTPS‐TFT technology

Abstract— An active‐matrix capacitive sensor for use in AMLCDs as an in‐cell touch screen has been developed. Pixel sensor circuits are embedded in each pixel by using low‐temperature polycrystalline‐silicon (LTPS) TFT technology. It detects a change in the liquid‐crystal capacitance when it is touched. It is thin, light weight, highly sensitive, and detects three or more touch events simultaneously.