热隔离式MEMS气体质量流量传感器设计

研制了一种热隔离式微机电系统（ MEMS）气体质量流量传感器。加热电阻器和上下游测温电阻器采用热隔离悬梁式结构,间隔240μm。对恒温差电路的设计要点进行了分析并制作了系统电路。测试拟合了传感器输出电压随气体流量的关系曲线,并对传感器进行了标定。测试结果表明：在0～20 L/min的流量范围内,传感器响应速度快,灵敏度高,输出信号平滑,适合于工业及医疗等领域。     

微量程段的热式气体质量流量传感器研制

研制了一种微量程段的热式气体质量流量传感器.传感器芯片通过微机电系统(MEMS)工艺制备,芯片包括上下游测温电阻器和环境电阻器,其中测温电阻器有4只,对称分布在芯片中央位置,构成惠斯通电桥,芯片工作中采用恒压模式驱动.当气体流过芯片表面时,会导致检测电桥不平衡,流量信号变化转换为相应的电压信号.通过实验标定了传感器的输出曲线并对传感器的精度进行了测试,测试结果表明:研制的传感器在流量0 ～5 mL/min的量程范围内,具有响应速度快、精度高的优点.     

小力值测试系统及其动态标定装置的研究

针对小力值测试系统量程较小,测试结果受环境干扰比较大这一问题,提出了一种系统动态标定方法.动态标定时,标准梯形波信号由信号发生器发出,经激振器作用到被标定测试系统上,被标定传感器和标准传感器分别输出电压信号,由数据采集卡接收至PC机进行分析计算.从系统结构、测试环境等方面分析了标定时误差的来源并加以解决.同时,介绍了利用软件模拟了标准梯形波信号调整与显示的方法.调整后的动态标定装置和标准梯形波可广泛用于各种测试工程的动态标定当中.     

低压气体流量标定技术研究

热式质量流量传感器用于测量35～41 kPa(绝压)的气体流量,需在该工况下对其进行标定.采用文丘里喷嘴作为标准器,在被测流量传感器处构建调压系统,调节压力可至40±0.1 kPa(绝压),建立低压气体流量标准装置,通过比较流量传感器输出值与文丘里喷嘴标准流量,标定流量传感器.对常压下校准的喷嘴在35～41kPa(绝压)条件下是可以作为标准器进行了分析,试验证明:装置的稳定性为0.6%,重复性为0.13%,临界背压比为0.5,低压气体流量标定方法科学可行.     

亚硝胺化学发光检测系统气体流量控制器设计

微小流量气体的质量流量控制是亚硝胺化学发光检测的重要组成部分,气体流量的控制精度对检测结果有重要影响。文中根据反馈控制的原理,采用微型电磁比例阀、流量传感器、数字控制电路和PID算法搭建了一套适用于微小流量场合的气体流量控制装置。设计了比例阀的驱动电路,传感器的信号调理电路,微控制器电路,针对被控对象的特性对控制算法进行了优化。测试结果显示,流量控制的精度优于±0.05ml/min(标准状况下),调节时间小于2s,基本无超调。且由于采用反馈控制,具有较好的抗干扰性能。该装置使用方便,成本低,具有一定的实用价值。     

微机械电容式加速度计读出电路研究与设计

为了提高电容式MEMS加速度计测量精度,设计了一种应用于MEMS加速度计微弱信号读出电路。读出电路由T型阻容网络放大电路、模拟开关解调电路和四阶带通滤波电路组成,通过Multisim软件仿真分析各模块电路原理并确定影响读出电路的主要因素,进一步优化确定元器件最佳参数,最后制作出PCB电路板并开展实验测试,实验结果表明微弱信号检测准确率达90%以上,能很好满足电容式MEMS加速度计微弱信号检测要求,同时该读出电路具有尺寸小、易调节、易于ASIC集成等特点,在微机械仪表的微小电容检测中有较高的实用价值。     

多通道微流量气体流量测试仪的研制

介绍了一种多通道气体微流量测试仪,用于卫星推进系统气体流量测量。设计了基于节流式测量原理的孔板式微流量传感器,详细介绍了该流量传感器探头的结构、流量测试系统的组成、功能及特点,以及传感器数学模型的建立。该流量测试仪结构紧凑、轻巧、信号可以进行远距离传输,使用方便。     

固态降水传感器现场核查装置技术研究

针对气象观测台站固态降水传感器现场核查及测试的实际需求,研制了现场核查装置,结合砝码法实现了固态降水传感器的现场核查和测试;现场核查装置由基于ZigBee无线网络的数据获取装置和加重装置构成,数据获取装置具备环境气压、温度、相对湿度的实时检测能力,具备RS232、RS485及通断信号方式3种固态降水传感器接口的数据读取能力;加重装置由三角支架、OPD降水模拟器及砝码托盘组成,其中降水模拟器采用阻挡原有OPD降水发生探测器红外光束,人为给定指定频率脉冲信号的方法实现了降水的模拟,能够兼容多种型号的固态降水传感器;经实验测试,固态降水传感器能够准确识别加入其中的砝码重量,数据获取装置的3种接口数据读取准确度均达到100%;降水量测量值与理论值相关系数为0.9999;表明现场核查装置能够应用于固态降水传感器现场核查及测试业务。     

基于MEMS技术热温差式流量传感器的设计与标定

设计了一种基于微机电系统(MEMS)技术热温差式流量传感器并对传感器进行了标定。通过MEMS技术加工制作出流量传感器。芯片结构包括中间热源电阻器、上下游测温电阻器及环境电阻器。热源电阻器和上下游测温电阻器悬空布置,热源的工作模式为恒温差。流量值通过设计的硬件检测系统处理,通过串口传输至上位机,上位机上通过MATLAB对控制系统输出的数字量进行拟合标定。经过测试,设计的传感器标定后输出特性良好,能够应用于工业领域的流量测量。     

基于虚拟仪器的多维力传感器静态标定系统研究

对多维力传感器静态标定原理进行了研究,设计了由数据采集系统和静态性能分析系统组成的多维力传感器静态标定系统.在标定装置上分别对多维力传感器施加载荷,实时显示加载力信息,对输出数据采集并存储.数据采集系统同步实时采集传感器各维输出,避免了传统数据采集的测量误差.数字滤波和传感器性能分析模块实现了实时在线监测多维力传感器多项静态指标和对标定矩阵的高精度标定.通过实验测试,该标定系统达到了预期的性能指标,对多维力传感器性能标准的统一具有现实意义.     

MEMS惯性组件的误差特性分析与标定

针对惯性器件输出受工作环境及器件自身噪声影响,导致惯性组件输出信噪比低进而影响系统定位测姿精度等问题,提出MEMS惯性组件误差分析与标定方案。利用Allan方差对MEMS输出进行辨识,对输出信息曲线拟合并确立MEMS器件误差项的误差取值,建立MEMS几何误差模型并设计分立式标定方案。转台实验结果表明,24位置及速率标定方法可实现惯性组件常值误差系数的有效分离与求取,对比器件误差补偿前后的结果,验证了误差修正方案的可行性。     

基于微流量热导传感器的氢气浓度检测系统研究

对氢气分析仪器中的核心传感器进行研究,采用基于MEMS工艺的微型热导传感器,代替现有分析仪器常用热导池检测器,设计了氢气浓度检测系统机械结构;设计信号调理电路,并在传感器外部设计环境温度控制电路,以实现传感器的恒温检测.传感器输出的微弱信号经测量电桥调理输出,通过集成运算放大器加法、放大运算,最后把标准电压信号送入单片...     

基于累计流量计算示值误差法的涡轮流量测试研究

分析了涡轮流量传感器的工作特性曲线和误差计算方法,采用累计流量计算示值误差来修正分段仪表系数的方法,在标准法标定装置上对液体涡轮流量计进行检定测试,并给出了检定结果。结果表明,该方法使得测量较小流量成为可能,增大了流量量程,同时也大大提高了流量计的精度与可靠性。     

可检测氧传感器电阻的炉烟分析系统设计

本文介绍了一种可检测4路氧传感器电阻参数的实时炉烟分析系统的设计。该系统由恒温加热体、气体发生器、氧传感器及变送器、温度传感器及变送器、氧传感器检测电路、数据采集、控制电路、接口电路和微型计算机系统构成。可实时对炉烟进行检测分析及对氧传感器的电阻参数进行检测分析。     

矿用气体传感器检定装置的研制

介绍了一种矿用气体传感器检定装置的设计,分别从核心处理电路、信号检测电路和电源电路3个方面阐述了装置的硬件组成,并给出了装置的软件程序流程图。现场试运行结果表明,该装置可方便快捷地完成矿用气体传感器的周期性检测工作。     

基于永磁薄膜的MEMS磁传感器设计与制作

提出了一种基于永磁薄膜的新型MEMS磁传感器,磁传感器由MEMS扭摆、CoNiMnP永磁薄膜和差分检测电容等部分组成。分析了磁传感器的磁敏感原理和电容检测原理,提出了器件的结构参数并对器件进行了模态仿真。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS磁传感器样品,并进行了测试。测试结果表明:得到的MEMS磁传感器的电容灵敏度可达到27.7 fF/mT,且具有良好的线性度。根据现有的微小电容检测技术,传感器的磁场分辨率可达到36 nT。     

Design and simulation of a thermo transfer type MEMS based micro flow sensor for arterial blood flow measurement

Thermo transfer type MEMS (Micro Electro Mechanical System) based micro flow sensing device have promising potential to solve the limitation of implantable arterial blood flow rate monitoring. The present paper emphasizes on modeling and simulation of MEMS based micro flow sensing device, which will be capable of implantable arterial blood flow rate measurement. It describes the basic design and model architecture of thermal type micro flow sensor. A pair of thin film micro heaters is designed through MEMS micro machining process and simulated using CoventorWare; a finite element based numerical code. A rectangular cross section micro channel has been modeled where in micro heater and thermal sensors are embedded using the same CoventorWare tools. Some promising and interesting results of thermal dissipation depending upon very small amount of flow rate through the micro channel are investigated. It is observed that measuring the variation of temperature difference between downstream and upstream, the variation of fluid flow rate in the micro channel can be measured. The numerical simulation results also shows that the temperature distribution profile of the heated surface depends upon microfluidic flow rate i.e. convective heat transfer is directly proportional to the microfluidic flow rate on the surface of the insulating membrane. The simplified analytical model of the thermo transfer type flow sensor is presented and verified by simulation results, which are very promising for application in arterial blood flow rate measuring in implantable micro devices for continuous monitoring of cardiac output.     

基于陶瓷基体铂薄膜电阻热式气体质量流量计设计

提出了一种基于陶瓷基体铂薄膜电阻热式气体质量流量计的设计方法,分析了热式气体流量计的原理,制作了陶瓷铂电阻流量敏感元件,为降低加热功耗,提出了通孔方案.设计了恒温差控制电路和MSP430单片机处理电路,并制作出了实际样机.采用音速喷嘴标定装置对样机进行了标定和测试,该流量计的测量范围500~1 500 kg/h,精度±0. 5%,响应时间2 s,能够满足大工业气体管道流量的测量要求,具有广阔的应用前景.     

一种MEMS热风速计的系统级封装

提出一种MEMS风速计的封装结构,采用这种结构可以集成信号处理电路,实现系统功能。利用ANSYS软件对封装结构进行建模,主要从风速和风向两个方面,对风速计封装前后的性能进行了模拟,并将模拟数据与理想数据和实验数据进行了比较,模拟数据、理想数据与理想数据的误差在7%以内。总体上,风速计在封装前后的性能大致相同,但是在灵敏度方面有所下降。