温度对硅-蓝宝石压力传感器影响研究

针对硅-蓝宝石压力传感器在高温环境下测量精度较差的问题,以双层敏感膜片结构为基础,研究了温度对传感器的影响;通过对温度场及热应力的理论分析,证明了材料热膨胀系数不一致所产生的额外热应力,将引起测量误差;相应的ANSYS有限元仿真及实验也表明,温度效应对压力传感器的测试精度会产生较大的影响,且压力传感器的输出与温度值之间存在一定的规律。     

高温大压力传感器研究现状与发展趋势

高温环境下大量程压力测量技术在工业、航空航天、石油勘探等领域具有广阔的应用前景。高温大压力传感器是目前研究的热点。对目前几种常用的高温大压力传感器包括多晶硅高温压力传感器、单晶硅（SOI）压力传感器、硅 蓝宝石（SOS）高温压力传感器、SiC高温压力传感器、光纤高温压力传感器的工作原理、国内外研究现状以及应用特点进行了阐述。最后,对高温大压力传感技术未来的发展趋势进行了展望。     

基于交流电桥的陶瓷基高温压力传感器设计与仿真

为解决高温环境下压力精准测量的难题,提出一种基于交流电桥的陶瓷基高温压力传感器.通过厚膜技术在陶瓷基底上集成交流电桥,敏感电容作为桥路元件随外界压力的变化而变化,而电桥将这种电容信号变化转变为电压信号变化输出,这种方法避免了高温环境可能导致的敏感单元失效以及电容式传感器因寄生电容引起的测量不准确问题.仿真结果表明了该传...     

应力隔离法在蓝宝石压力传感器结构设计中的应用

对硅-蓝宝石硅压力传感器C型弹性膜片接头结构和E型弹性膜片接头结构进行建模分析,优化设计应力隔离槽结构,并应用于硅-蓝宝石压力传感器一体化设计的弹性膜片与接头结构.较好地解决了硅-蓝宝石压力传感器的零点输出、满量程输出在不对称安装应力下产生偏移,影响传感器的测量精度的问题,使传感器的安全性、可靠性进一步提高,优化结构后的传感器在航天领域具有广泛的应用.     

全SiC结构高温压力传感器制备及测试

面向极端条件下原位压力测量技术的需求,设计了一种光纤法珀式碳化硅（SiC）高温压力传感器。采用全SiC真空法珀（F-P）腔结构,以最大限度发挥SiC材料优异的耐高温特性。通过用反应离子刻蚀和高温高压键合技术成功制备了全SiC式高温压力传感器,实现高温环境下的原位压力测量。实验结果表明,该传感器能够实现650℃高温环境下6 MPa的压力测量。650℃下传感器的光谱压力灵敏度达到4.05 nm/MPa,温度压力交叉灵敏度为1.09×10^-3MPa/℃。研究成果为面向高温环境下压力原位测量的传感器开发提供了思路。     

高温微压力传感器校准实验系统的研究

为满足高温光纤微压力传感器校准实验的需要,在分析传感器测量结构和校准原理的基础上,设计了一套基于高低温试验装置和上位机人机软件的校准实验系统。对某一传感器样品进行了校准实验,结果表明,该系统能模拟传感器真实的工作环境,实现传感器在高温微小压力环境下的校准,并且具有很好的可靠性和稳定性。     

基于MEMS工艺的SOI高温压力传感器设计

利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接.对封装的敏感芯片进行高温下的加压测试,高温压力测试结果表明,在21℃(常温)至300℃的温度范围内,传感器敏感芯片可在压力量程内正常工作,传感器敏感芯片的线性度从0.9 985下降为0.9 865,控制在较小的范围内.高温压力下的性能测试结果表明,该压力传感器可用于300℃恶劣环境下的压力测量,其高温下的稳定性能为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考.     

高温压阻式压力传感器的制作

在工业和实验室的许多应用中，需要在高温环境状态下测量压力，因而迫切要求开发研制出可供实用的压力传感器．在很多使用场合，对传感器还有体积小的要求．本文介绍一种用SOS(蓝宝石上外延硅)工艺制成的压阻式压力传感器，可在高达425℃的温度状态下使用而不需要冷却，这种传感器可对高达200bar(巴)的压力作静态和动态测量，满量程输出信号约为500mV(半桥)。     

氧化铝陶瓷无线无源加速度计的仿真与分析

高温环境下振动参数的实时监测对航空发动机、燃气轮机等大型装备的正常运行至关重要。 针对传统加速度计存在测量温度不高、测量电路失效等问题,提出了一种以氧化铝陶瓷为敏感材料、以无线非接触测量原理为特征信号传输方法的耐高温电容式加速度计,依据结构力学模型设计传感器敏感结构的尺寸,利用Ansys仿真软件对敏感结构的静力学、动力学与热力学性能进行分析。结果表明,该结构能够在250gn载荷范围内正常工作,且具有较强的抗干扰能力,在25℃ ~600℃范围内,传感器灵敏度随温度呈增大趋势,其值由34.572kHz/gn变化为38.112kHz/gn ,变化幅度较小,为高温环境下振动参数的稳定测量提供了一种可行的方案。     

硅-蓝宝石高温大量程压力传感器设计

介绍了一种硅-蓝宝石高温大量程压力传感器的设计,提出了采用小直径C型膜片的一体化结构,通过合理排布力敏电阻条位置,能够制作出高精度大量程压力传感器.采用该设计研制出了量程分别为60MPa和100MPa压力传感器,其工作温度范围为-50～350℃;满量程输出≥100mV;精度优于0.1%;迟滞与重复性均优于0.05%FS.     

一种新型电客式蓝宝石压力传感器

介绍一种高精密、高稳定、线性度佳、结构简单的新型电容式蓝宝石压力传感器.以圆形c面(0001)取向蓝宝石片作为压力传感器的膜片和基片,并且采用两种方案改善普通电容式蓝宝石压力传感器的非线性特性.第一种方法是在一个基片中央区电极内制作一个圆形无金属电极区(圆形无电极区的直径与中央区电极的直径具有特定比率),提高线性度,改...     

Design and fabrication of a resonant pressure sensor by combination of DETF quartz resonator and silicon diaphragm

A new type of resonant pressure sensor is presented which is realized by combination of a double-ended tuning fork (DETF) quartz resonator and a silicon diaphragm. To examine the feasibility and investigate the performance of this innovation, theoretical analysis and finite elements method are employed to optimize the structure parameters. Micromachining technology are involved in the fabrication of the silicon diaphragm and the DETF quartz resonator, which are fabricated separately and bounded together afterwards. Performances of the sensor prototypes are experimentally investigated. Preliminary testing results demonstrate that the sensor features a high sensitivity of approximately 452.5 Hz/kPa in the operating range of 0–6 kPa at room temperature, with a non-linearity <0.035 % FS and a hysteresis of 0.055 % FS. In addition, the maximum zero-drift is about 0.5 Hz/h which reveals favorable frequency stability. Thus, the feasibility of this scheme is verified. Due to the excellent performances such as high accuracy, high sensitivity, low cost and simple fabrication, this novel resonant sensor provides a commendable solution for low pressure measurement.     

A novel high sensitive MEMS intraocular capacitive pressure sensor

This paper presents a novel high sensitive MEMS capacitive pressure sensor that can be used as a part of LC tank implant circuit for biomedical applications. The pressure sensor has been designed to measure pressures in the range of 0–60 mmHg that is in the range of intraocular pressure sensors. Intraocular pressure sensors are important in detection and treatment of an incurable disease called glaucoma. In this paper two methods are presented to improve the sensitivity of the capacitive pressure sensor. First low stress doped polysilicon material is used as a biocompatible material instead of p++silicon in previous work (Gu in Microfabrication of an intraocular pressure sensor, M.Sc Thesis, Michigan State University, Department of Electrical and Computer Engineering, 2005) and then some slots are added to the poly Si diaphragm. The novelty of this research relies on adding some slots on the sensor diaphragm to reduce the effect of residual stress and stiffness of diaphragm. The slotted diaphragm makes capacitive pressure sensor more sensitive that is more suitable for measuring intraocular pressure. The results yield a sensor sensitivity of 1.811 × 10^?5 for p++silicon clamped, 2.464 × 10^?5 1/Pa for polysilicon clamped and 1.13 × 10^?4 1/Pa for polysilicon slotted diaphragm. It can be seen that the sensitivity of the sensor with slotted poly Si diaphragm increased 6.2 times compared with previous work (clamped p++silicon diaphragm).     

一种无源无线SAW压力传感器结构设计

根据无源无线SAW压力传感器的敏感特点,提出了一种具有较高灵敏度的压力传感器结构设计.传感器的受力敏感部分采用简支梁结构,通过分析找到梁的最大应变点,在梁的上下两侧最大应变区域中心对称分布了两个相同的单端口SAW谐振器.由两个SAW谐振器组成差动式测量结构,具有较高的灵敏度,并减少了温度对测量结果的影响,对迟滞效应带来的误差有一定的补偿作用.     

硅岛式微谐振压力传感器灵敏度分析与仿真

微谐振式压力传感器尺寸小、重量轻、精度高并具有效字输出,在航空航天等领域有着广阔的应用前景.然而由于微机械加工工艺的限制,复杂结构的制作存在很多困难,因而为实现高灵敏度压力测量,微谐振式压力传感器的结构设计就显得尤为重要,因此提出一种新型硅岛式谐振梁支撑结构,它利用硅薄膜作为典型的一次敏感元件,并在其上表面中央部位设计了两个硅岛凸起平台,用以固定硅谐振梁,并通过有限元软件ANSYS进行仿真.分析结果表明,在一定量程内,该结构能有效提高谐振梁内的应力放大倍数,进而提高微压力传感器的灵敏度.     

MEMS光纤法珀压力传感器的设计及解调方法实现

基于外界压力引起敏感膜片形变导致腔长变化来实现压力信号传感的原理,提出了一种MEMS光纤法珀压力传感器的设计,建立了传感器敏感膜片的挠度变化与膜厚、半径及施加压力的关系理论模型,并在此基础上进行了膜片的MATLAB二维数值仿真和Comsol Multiphysics三维数值仿真,并完成了FP压力敏感头的制作,进而设计了能够应用于光纤传感的解调方法,搭建了光纤传感的压力测试系统并进行了相关实验,利用所设计的解调方法对实验数据进行处理,进而对压力传感器的性能及特性进行了测试和验证。实验结果表明,传感器测试曲线线性度良好,与数值仿真结果基本一致,在100 kPa的量程范围内其灵敏度可达62.3 nm/kPa,温度敏感系数为0.023μm/℃,测量精度3.93%,且最小压强分辨率为1.29 kPa,证实了该MEMS光纤法珀压力传感系统具有一定的可行性。     

硅基TPMS集成传感器研究

本文介绍了一种应用于轮胎压力监测系统(TPMS)的传感器芯片的设计与制作.该传感器芯片集成了压阻式压力传感器和单电阻结构的温度传感器,根据量程需要,硅杯膜的厚度与面积比比较大,所以高应力区向膜外扩展,通过改变桥臂电阻的摆放位置和形状,提高了传感器的灵敏度,并且通过采取高浓度注入电阻拐角区域,得到了较好的零点输出.     

焊接结构光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种焊接结构双膜片光纤Bragg光栅(FBG)温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.传感器主要由2个膜片与基体组成,膜片与光栅固定柱一次成型,便于加工封装.对传感器灵敏度系数进行了计算分析.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准及温度自补偿性能实验.实验结果表明:传感器的输出波长分别与温度和压力呈线性关系,压力灵敏度系数为528.1 pm/MPa,输出分辨率为0.19%,线性相关度99.988%;在5~45℃内温度灵敏度系数为31.9 pm/℃,线性相关度99.998%,传感器在5~45℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.     

引压方式动态压力传感器研制

介绍了一种通过引压方式探测动态压力信号的传感器。由于受到被测介质温度高和被测环境空间尺寸小限制,传感器需要通过引压管传递动态工作压力。为了保证引压管在传递动态压力过程中不影响传感器的频响特性,设计了一种阻抗匹配结构,减小了引压结构对传感器动态响应特性的影响,保证了动压传感器的频响特性,该传感器的检测单元包括一个引压管、一个敏感元件、一个电路组件、一个阻抗匹配管。测试结果表明：动压传感器具有（31.5～8000 Hz）频响范围。