新型集成压电式加速度传感器

带质量块的集成硅压电式加速度传感器是硅刻蚀加工与硅集成电路技术相结合的产物,它取得了近直流响应,灵敏度高等极佳的综合性能。重点介始了该传感器的结构和工艺,并简述了发展概况。     

面向MEMS加速度传感器的仪表放大器的设计与实现

加速度传感器已经广泛应用于军事、工业、环境监测等领域,已经成为热点的研究对象,但是器件的小型化与可靠性成为限制该技术发展的重要瓶颈;因此,针对新型硅基MEMS 加速度传感器的信号处理电路小型化的问题,提出了一种与MEMS技术完全兼容基于CMOS工艺的片上集成运算放大器电路;通过提取分析相关加速度传感器的性能参数,设计低功耗、低噪声且符合精度等特殊要求的前置放大器;同时对集成仪表放大器的主要电路特性和功耗进行了仿真分析;从仿真结果看,设计的三运放仪表放大器的关键参数—共模抑制比可以到达101 dB,整体性能良好;完成了对仿真结果的版图设计和验证,继而在华润上华0.5 μm CMOS标准工艺线上进行了流片,完成了芯片的封装测试,该测试结果显示运放的增益能够达到42 dB,功耗仅为5.25 mW,符合预期的设计目标。     

微机械加工技术──等离子体刻蚀

简要介绍了利用等离子体刻蚀技术制作背面接点的离子敏场效应管（ISFET）和马赫—增德（Mach-Zehnder）干涉仪式压力传感器的方法．     

MEMS悬浮结构深反应离子刻蚀保护方法对比研究

分别对基于硅玻键合与硅硅键合的MEMS加工工艺中悬浮结构深反应离子刻蚀保护方法进行对比研究,获得最佳结构刻蚀保护方法。基于硅玻键合工艺的最佳刻蚀保护方法：在结构层背面溅射金属作为保护层;基于硅硅键合工艺的最佳刻蚀保护方法：将结构刻通区域衬底硅暴露及结构层背面制作图形化的SiO2保护层相结合的方式保护。结构保护后,经长时间过刻蚀,结构依然完整无损。     

基于SOI的硅微谐振式压力传感器芯片制作

采用SOI硅片,基于MEMS技术,设计并加工了一种新型三明治结构的硅微谐振式压力传感器,根据传感器敏感单元的结构设计,制定了相应的制备工艺步骤,并且针对湿法深刻蚀过程中谐振子的刻蚀保护等问题,提出了一种基于氮化硅、氧化硅和氮化硅三层薄膜的保护工艺,实验表明,在采用三层薄膜保护工艺下进行湿法刻蚀10 h后,谐振子被完全释放,三层薄膜保护工艺对要求采用湿法刻蚀镂空释放可动结构具有较高的实用价值。最后对加工完成的谐振式压力传感器进行了初步的性能测试,结果表明,在标准大气压力下谐振子的固有频率为9.932 kHz,品质因数为34。     

一种硅微多传感器集成研究

为满足小体积、多参数测量的要求,利用(100)晶面的各向异性压阻特性与MEMS加工工艺特性,在单芯片上集成制作了三轴加速度、绝对压力以及温度等硅微传感器,在结构和检测电路设计上最大限度地减小各传感器之间的相互干扰影响。三轴加速度、绝对压力传感器利用压阻效应导致的电阻变化测量外界加速度和压力变化量,温度传感器利用掺杂单晶硅电阻率随温度变化的原理来测量外界温度。集成传感器具有较好的工艺兼容性,加速度、压力传感器的压敏电阻和温度传感器的测温电阻采用硼离子掺杂制作,加速度和压力传感器设计成工艺兼容的体硅结构。研制的集成传感器芯片尺寸为4mm×6mm×0.9mm。给出了集成传感器的性能测试结果。     

硅微电容式二维加速度传感器的加工与测试

设计了一种基于体硅加工技术的单敏感质量元差分电容式二维加速度传感器,并采用硅-玻璃静电键合、ICP工艺释放等技术完成了二维加速度传感器的加工。测试结果表明:该二维加速度传感器两个检测方向上的灵敏度基本一致,线性度较好,交叉干扰较小。X、Y方向的灵敏度分别为58.3 mV/gn、55.6 mV/gn;线性相关系数分别为0.9968、0.9961,交叉灵敏度分别为6.17%、7.82%。     

混合集成加速度传感器信号处理及滤波器的设计

本文提出了一种基于DSP(digital signal processor)的混合集成光学加速度传感器信号处理和滤波器的设计方法,对其工作原理及采样特性进行了的分析和讨论.完成了信号处理电路的硬件和软件设计,并对其滤波器性能进行了测试.测试结果表明此系统也可以实时、可靠地完成对加速度信号的滤波,达到了实用的要求.     

基于纳米材料的无源RFID温度传感器设计

射频识别(RFID)技术与传感器的一体化设计，具有数据采集便捷和部署方便等优点，在智慧农业和食品溯源监测领域具有潜在应用价值。提出一种基于氧化锌(ZnO)/还原氧化石墨烯(RGO)的无源RFID一体化温度传感器设计，传感器天线和电极主要采用微带贴片天线制作，天线及电极结构通过HFSS软件进行仿真设计及优化，然后利用热转印技术在环氧树脂覆铜板上通过化学刻蚀制备图形化电极；传感器的温敏材料为水热法制备的ZnO/RGO纳米复合材料。ZnO/RGO温敏材料阻抗随环境温度发生变化，从而引起RFID射频谐振中心频点偏移，以射频回波损耗和归一化频移来度量环境温度的变化，在10℃～60℃量程范围内，该传感器的温度灵敏度可达0.86 dB/℃,线性度R²=0.99。     

空间大型机械臂末端12维传感器设计及应用

针对空间大型机械臂,设计了12维传感器,在6维力/力矩传感器基础上一体化设计了6维加速度传感器,并集成了基于FPGA(现场可编程门阵列)的高速多通道数据采集系统.采用最小二乘法和静、动态标定方式对力矩和加速度传感器分别进行了标定.设计的传感器具有维间耦合小、集成度高、易于安装、可靠性高等优点.最后,将设计的12维传感器安装在大型机械臂末端,进行了残余振动抑制试验.实验结果表明,利用此12维传感器的加速度信息,可有效地补偿惯性力、抑制机械臂末端的残余振动,设计的传感器合理可行.     

基于RFID加速度传感器标签的导线舞动在线监测

针对目前各种导线舞动无线监测方式存在高功耗、高成本和不适于长期监测的缺陷,提出了一种基于射频识别(RFID)加速度传感器标签的导线舞动长期在线监测的设计方案,设计了一种RFID加速度传感器标签结构,因其工作在无源模式下,可以实现导线舞动的长期在线监测.介绍了加速度信号的处理方式,提出了基于小波变换的趋势项去除算法.在实验室环境下,对加速度传感器标签进行了通信性能测试和模拟导线舞动监测实验.测试结果表明:标签通信性能良好;模拟实验结果表明:经过处理后得到的位移信号能够准确反映模拟导线的舞动情况,实现了导线舞动的在线监测.     

集成于无源RFID标签的温度传感器设计

针对无源无线射频识别(RFID)标签的低功耗设计要求,设计了一种基于环形振荡器的CMOS温度传感器.该传感器首先产生一个与绝对温度成正比PTAT电流,然后通过环形振荡反相器来产生相应的PTAT频率,最后利用计数器来实现频率-数字之间的转换.测试结果表明:该温度传感器实现了125nW的超低功耗,在-40~80℃范围内,误差仅为-0.7/1.2℃,特别适合集成于无源RFID标签中.     

基于统计分析与规则冲突检测的防火墙优化

提出一种基于统计分析和规则冲突检测的防火墙优化方法,从防火墙规则的匹配概率入手,结合规则间的冲突检测,实现防火墙规则的精简和线型匹配优化。实验表明,该方法在一般情况下能对防火墙已有的规则进行精简,使其平均规则匹配次数减少40%,性能得到较大的提高。     

基于传感器网络的有源射频识别系统设计

基于传感器网络系统中的传感器节点及TinyOS操作系统,提出一种可以超低功耗工作的有源射频识别系统。该系统由读写器和有源电子标签组成,采用Atmel公司的ATMega128控制高频及低频两种通信芯片,降低了有源电子标签的待机能耗。给出了基于TinyOS的软件结构及低频单元部分的软件设计与实现方法。     

高频响小体积三轴加速度计设计与实现

设计了一种基于微机电系统(MEMS)技术的高频响三轴加速度计,内部集成滤波电路和放大电路,实现了传感器与变换器的一体化.电路设计简单可靠,功耗低,稳定性好.电路板的结构采用刚挠结合印制板的设计,保证了传感器输出的高精度和低噪声特性.整机结构体积小巧,刚性好,3个方向的频率响应均可以达到5 kHz,实现了一个测点3个方向高频加速度参数的测量.通过性能指标校验和实验验证,证明传感器具有测量精度高、热灵敏度漂移小、横向效应低等优点,可应用于航空航天等领域.     

Ultra-low-power components for an RFID Tag with physical and chemical sensors

In this work the development and optimization of the main components for a multisensing flexible Tag with RFID communication capabilities and integrated physical and chemical sensors for logistic datalogging applications will be reported. For this specific scenario, several constraints must be considered: power consumption must be limited for long-term operation, reliable ISO compliant RFID communication must be implemented, and special encapsulation issues must be faced for reliable sensor integration. In this work, the developments on application specific electronic interfaces and on ultra-low-power Metal OXdide semiconductor (MOX) gas sensors will be reported. The electronics for sensor control and readout as well as for RFID communication are based on an ultra-low-power MSP430 microcontroller from Texas Instruments together with a custom RFID front-end based on analog circuitry and a CPLD digital device, and are designed to guarantee a passive ISO15693 compliant RFID communication in a range up to 6 cm. A thin film battery for sensor operation is included, thus data acquisition and storage can be accomplished when no reader field is present. This design allows the user to access both the traceability and sensor information even when the on-board battery is exhausted. The physical sensors for light, temperature and humidity are commercially available devices, while for chemical gas sensing innovative MOX sensors are developed, based on ultra-low-power micromachined hotplate arrays specifically designed for flexible Tag integration purposes. A single MOX sensor requires only 8.9 mW for continuous operation, while temperature modulation and discontinuous sensor operation modes are implemented to further reduce the overall power consumption. The development of the custom control and RFID front-end electronics, together with innovative ultra-low-power MOX sensor arrays with flexible circuit encapsulation techniques will be described.     

基于射频技术的无线智能传感标签设计

针对目前普通电子标签和现有传感标签功能的局限性,设计了一种集射频识别、传感信息采集、物流仓储信息显示于一体的特高频（ UHF）智能传感标签。该标签采用ATmega 328P为控制核心,温湿度传感器SHT10、运动传感器MPU6050为感知器件,LED作为信息显示器件,UHF无源标签芯片UCODE I2 C作为射频信号的收发器,在减少功耗的同时,实现了环境监测、姿态监控和物流操作信息提示。     

集成应变传感器的无源超高频标签电路设计

针对现有有线有源应变传感器不适用于固体火箭发动机壳体应变监测的问题,基于UHF RFID(超高频无线射频识别)技术,设计了一款无源超高频应变传感标签.标签通过电磁反向散射方式,收集超高频射频能量为电路供能,同时在标签电路中加入了大容值储能电容,储存经RFID芯片中的倍压整流电路转换成的直流能量.将标签电路分为UHF标签模块、控制模块和应变传感器模块3个部分进行了设计,并通过使用低功耗芯片以及控制测量电路的断开和闭合来减小功耗.标签将传统的电阻式应变测量技术与UHF RFID技术结合在一起,为实现固体火箭发动机壳体应变的无线监测提供了解决方案.     

基于ADXL50的振动加速度-频率检测装置设计

本文主要介绍了一种应用加速度传感器ADXL50设计的新型便携式、低功耗的振动加速度-频率检测装置.该检测装置可用于实时检测导弹发射车在行军或起竖过程中的振动参数(振动加速度和频率).该装置解决了传统振动检测装置的加速度测量仪器只能固定在一点上进行测量,很难保证稳幅和稳频效果的问题.     

基于有源RFID的极低功耗温湿度传感标签的设计

提出了可以显著降低功耗的有源RFID标签工作流程,设计出一种极低功耗的温湿度传感标签。该标签采用微控制器PIC24F16KA102为核心,以温湿度传感器SHT21S和射频收发芯片nRF24L01为外围器件,完成温湿度及电池电量信息的检测和发送。该有源标签在开阔场地的有效阅读距离可以达到80m左右,标签连续工作时的电池寿命为9年以上,具有体积小、寿命长等优点,可广泛应用于生产车间的温湿度监测、冷链物流、医疗系统、仓储物资管理等方面。