聚酰亚胺柔性温度传感器的制作与性能测试

基于微机电系统技术,在柔性聚酰亚胺(PI)基底上分别制作弓形与蛇形两种结构的铜薄膜与铂薄膜温度传感器。采用红外成像设备对传感器在通电状态下的热分布进行测试,结果表明PI基底具有良好的热绝缘性。对不同结构、不同金属薄膜的传感器性能进行对比分析,在25～90℃的温度测试范围内,4种温度传感器均具有较好的灵敏度和线性度,其中蛇形结构的铂薄膜温度传感器的线性度最好,线性相关系数达到了0.99933,其电阻温度系数为0.002 35/℃。     

LPFG和FBG级联结构双参数光纤传感器研究

提出了一种长周期光纤光栅(LPFG)级联布拉格光纤光栅(FBG)的温度/应变双参数光纤传感器。利用飞秒激光直写制作LPFG并级连FBG,且FBG波谷位置为1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 559.1 nm,最高对比度为-12.7 d B。在30~70℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对0~500με应变变化范围内对传感器应变特性进行测试。实验结果表明,升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度15.00 pm/℃,线性度0.981 3;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-11.75 pm/℃,线性度0.945 3。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度18.25 pm/℃,线性度0.953 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-15.42 pm/℃,线性度0.980 2。加载过程FBG中心波长发生红移,灵敏度0.93 pm/με,线性度0.991 5;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.986 3。卸载过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度0.92 pm/με,线性度0.990 9;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.972 8。结果表明,该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现应变和温度的测量。     

温度解耦增敏式光纤光栅应变传感器

飞机载荷参数测试对保障飞行安全至关重要,光纤光栅传感器凭由诸多优势在不断尝试应用在其中。为了实现对结构应变的精确测量,同时排除温度带来的影响,通过对基底及光栅刻写工艺的特殊设计,实现了温度解耦增敏式光纤光栅应变传感器,并对基底进行有限元分析。在10~60℃的温度范围内,该新型传感器温度灵敏度为45pm/℃,较裸光纤光栅增敏4.5倍,线性度良好。在MTS拉伸试验机上测试拉伸试验件在0~700με条件下传感器特性,灵敏度为1.46pm/με,较裸贴方式增敏1.4倍,线性度良好。传感器温度误差小于0.1℃,应变误差小于3με。实验结果表明,传感器解耦性能良好,与理论分析相符,满足飞机载荷谱测试的应用背景。     

Parylene增强型声表面波传感器及其温度响应

针对声表面波(SAW)传感器对品质因数、寿命和成本的要求,研制了Parylene增强型SAW传感器。根据金属剥离工艺要求,利用LOR剥离胶和AZ5214光刻胶双层胶旋涂工艺制作了梯形结构;在传统光学光刻条件下制作了2μm的超细叉指电极。传感器制作过程利用了MEMS工艺,不仅实现了传感器的微型化,还可以批量化生产,得到的以石英为基底的传感器谐振频率达到249.077 953 MHz。最后在传感器的表面镀制Parylene聚合物薄膜以提高基底温度灵敏度。实验对比了未增强型(未镀Parylene)和增强型SAW传感器(镀Parylene)的温度灵敏度。结果显示:未增强型SAW传感器温度灵敏度为2.048kHz/℃,Parylene增强型SAW传感器温度灵敏度为2.855kHz/℃,比前者提高了0.807kHz/℃,且镀Parylene之后谐振频率变化量与温度具有较好的线性度,线性相关系数达到0.996 15。实验证明,Parlene增强型SAW传感器的性能优于未增强的SAW传感器。     

高性能薄膜热电偶制备及其铣削应用研究

随着纳米薄膜沉积技术的发展,基于薄膜热电偶的瞬态温度测量技术在多种场合得到广泛应用。为实现薄膜热电偶在铣削加工中的应用,提出了一种高性能薄膜热电偶的制备方法。通过直流脉冲磁控溅射技术在石英基底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶,并于氩气气氛进行不同温度的退火,研究了退火对薄膜热电偶综合性能的影响。结果表明,500℃退火的功能薄膜均匀性、导电性均有显著的提高,薄膜热电偶的塞贝克系数由退火前的36.3μV/℃增大到最大值40.5μV/℃,在连续热冲击和高温保持6 h后测温性能仍保持良好。将高性能薄膜热电偶研究成果用于测温铣刀的研制,并用于TC4正交铣削,得到了TC4铣削温度预测公式,为旋转类刀具加工温度的测量提供了一种可行性方案。     

退火对真空蒸发Ti3O5制备光学薄膜性能的影响

采用真空蒸发法,以T i3O5为膜料分别在基片温度为200℃、250℃、300℃的条件下制备氧化钛光学薄膜,XRD结果显示,沉积态薄膜为无定形态,400℃退火后,均由无定形态向锐钛矿结构转变;不同基片温度下制备的氧化钛薄膜退火后,折射率均随基片温度的升高而增大;随着退火温度的升高,(101)晶相择优取向十分明显,结晶度增大;经过400℃、500℃、600℃退火后,薄膜折射率逐渐上升。     

一种铂电阻温度传感器的优化设计

基于航天工业中温度信号的测量,研制了一种高测量精度的铂电阻温度传感器。设计采用恒流源微电流驱动三线制铂电阻经不平衡电桥获得理想电压,实现了去除自身线阻和减小自热效应;提高了测量精度。通过差分放大电路、反馈电路和压控电压源二阶低通滤波电路有效地改善了铂电阻的线性度,减小外界干扰信号对测量系统的影响。测量结果表明,在-40~60℃的变温环境中测量-20~450℃温度误差小于0.5℃。     

釉瓷铂热电阻元件试制总结

近年来,在我国工业部门中广泛地应用BA_1、BA_2分度的云母和玻璃支架的工业铂热电阻元件,在-200℃～+500℃温度范围内,进行温度测量和调节。这两种类型的元件制造工艺比较复杂,支架材料来源也不易。有些工业部门又特别注意铂热电阻元件机械性能的稳定性和可靠性。1968年国际实用温标(IPTS—68)中规定13.81K到630.74℃温度区间标准铂电阻温度计是实现温标的标准仪器,工业铂热电阻元件也将从现行规定的使用温度上限500℃延申到650℃。综上所述,云母和玻璃支架的铂热电阻元件要达到这些要求会有一定的困难,为此,寻找新的支架材料制造铂热电阻元件就很有必要。我们经过几年来的试制,     

不同反射率光纤光栅再生过程及温度特性研究

针对再生光栅在高温退火后存在较低反射率导致高温测量受限的问题,采用244nm氩离子激光制作两支栅区长度分别为10mm和25mm的种子光栅,使用超高温箱式炉对种子光栅进行900℃的快速高温退火处理。在擦除初始种子光栅后制备出高温再生光栅,并在200℃-900℃温度范围内对高温退火后的两支再生光栅的高温传感特性进行实验测试。结果表明:在900℃温度稳定环境中测试100min,10mm再生光栅中心波长的稳定度为4pm,反射率为19.03%;25mm再生光栅中心波长的稳定度为8pm,反射率高达84.13%;在200-900℃温度范围内,两支再生光栅温度线性度较好,相关系数均在0.998以上;温度灵敏度系数分别为15.23pm/℃和15.24pm/℃;栅区长度为25mm的再生光栅更适合用于制作高温传感器。     

热敏薄膜制备工艺研究

介绍在聚酰亚胺基底上由溅射方法制备热敏薄膜的工艺条件对膜热敏特性的影响，合理的选择薄膜的制备工艺条件和热处理条件可以得到良好特性的热敏薄膜，其温度系数大于４５００ｐｐｍ／℃，并具备良好的机械性能。     

纸基底印刷无芯片RFID湿度传感器

提出了一种基于纸基底的喷墨印刷无芯片RFID湿度传感器,通过遗传算法与射频仿真软件HFSS相结合,对常规开口环谐振器结构进行分布式加载,得到目标频率为2.45 GHz的谐振特性良好的传感器模型;采用DMP3000型材料打印机,在不同纸基底上喷墨印刷银墨水制作传感器,以纸张本身的吸水性实现湿度传感;研究不同纸基底对湿度传感器感湿灵敏度和恢复度的影响。结果表明,柯达相纸传感器的灵敏度最高,高湿灵敏度可达到8 MHz%RH,双铜纸湿度传感器恢复度高且恢复时间短,仅为2 min;两种基底湿度传感器皆有较好的一致性、中长期稳定性,且湿敏特性在20℃～30℃范围内受温度影响较小。对纸基湿度传感器的感湿机理进行了分析,纸主要成分纤维素表面的羟基与吸附的水分子作用形成氢键,改变了基底的介电参数,传感器的湿敏特性与纸的成分和结构有关。     

快速退火工艺对BTO薄膜结构的影响

采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）工艺在Ts＝440℃条件下制备组份Bi/Ti=1.44的非晶态薄膜，经过快速退火处理，制备择优取向的Bi4Ti3O12铁电薄膜（称BTO薄膜），较好的退火温度为630℃、时间为60s；快速退火对薄膜组分的影响不大。     

基于铂电阻的温度测量电路的研究与设计

提出了一种基于铂电阻的温度测量电路,以铂电阻为温度传感器,通过恒流源供电、高精度模数转换的方式实现温度的测量。利用铂电阻线性的温度特性曲线和高分辨率的模数转换器件,实现了精确的温度测量;利用铂电阻感温范围广的特点,能实现大温度范围的测量。     

退火温度对二氧化钛薄膜的性能影响

为了获得性能优良的二氧化钛薄膜,采用电子束蒸发沉积方法制备二氧化钛薄膜,并分别在300、600、900℃空气中对样品进行退火处理以改善所制备二氧化钛薄膜的性能。分别采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及分光光度计研究了退火温度对二氧化钛薄膜结构和光学性能的影响。结果表明,退火处理可以使二氧化钛薄膜由非晶态薄膜转换为金红石型薄膜,且金红石晶型成分随退火温度的加大而增大,同时退火处理可以改善二氧化钛薄膜在300~1 200nm光谱范围的总吸光率以及增大二氧化钛薄膜的应用范围。     

基于GMR纳米薄膜的磁场传感器研究

通过高真空磁控溅射、离子束刻蚀、光刻、铝引线溅射、正胶剥离等工艺,制造了用GMR纳米薄膜作为核心部分的磁场传感器.经过退火工艺后的GMR薄膜的磁电阻变化率为7.91%,矫顽力为0.054π×103A/m(0.05Oe).用这种GMR薄膜制备的磁场传感器的线性区域为-154π×103～154π×103A/m,输出线性度为0.9993.这种高线性度的磁场传感器在汽车工业和自动化控制系统等领域中起到举足轻重的作用.     

硅PN结基底TiO2氧传感器的特性研究

采用薄膜工艺及MEMS工艺研制了一种以硅PN结为基底材料的TiO2氧传感器,阐述了该传感器的工作原理、工艺流程及射频磁控溅射制备银电极及TiO2薄膜的方法.利用XRD、SEM分析了薄膜的表面形貌及晶粒结构.基于该结构的氧传感器具有良好的感特性及响应特性,具有响应时间短、信号线性度好、灵敏度高等优点.     

环氧树脂封装的EFPI-FBG复合压力温度传感器

为了实现对液压管路中液压油的压力和温度检测,研制了一种EFPI-FBG复合压力温度传感器。对该传感器的压力特性以及温度特性进行研究。首先,介绍了以光纤F-P腔和光纤光栅为敏感元件,利用环氧树脂将EFPI-FBG复合结构经过封装保护构成压力温度传感器结构以及制作方法。接着,建立了压力温度传感模型,对传感器受力进行了理论分析,并使用Matlab和有限元软件分析传感器的压力灵敏度和温度灵敏度。最后对传感器进行压力和温度实验验证。实验结果表明,该传感器的压力灵敏度为2.83μm/MPa,温度灵敏度为1.97μm/℃,温度监测范围为10～80℃,应用于压力测量时的有效工作温度为20～65℃。此EFPI-FBG复合压力温度传感器具有良好的线性度,较小的回程误差,灵敏度高,抗震性能好,可用于液压管路中液压油的压力和温度测量。     

基于聚酰亚胺柔性衬底微温度传感器阵列的关键技术研究

基于柔性MEMS技术,在聚酰亚胺柔性衬底上成功制作出8×8阵列的铂薄膜电阻微温度传感器.该器件特别适用于复杂几何体高曲率表面温度的实时监控.采用了两种方法制作柔性器件第一种方法是将液态聚酰亚胺旋涂在有氧化物牺牲层的载体硅片上;第二种方法是用胶粘剂将P16051膜暂时粘在载体硅片上,然后分别在两种柔性PI衬底上制作铂薄膜热敏电阻温度传感器,最后将器件从硅片载体上分离下来.采用低温(小于300℃)工艺技术减小了PI柔性衬底的热循环.实验测试结果表明,PI衬底上的铂薄膜热敏电阻具备良好的线性度,其电阻温度系数接近于0.0023/℃.     

高速动车组轴温测量用特种结构薄膜传感器的研制

针对高速动车组轴箱轴承温度变化迅速的特点,研制了一种以NiCr/NiSi薄膜为敏感材料的特种结构薄膜传感器。采用自行开发的标定系统对直流脉冲磁控溅射技术制备的薄膜传感器进行动静态特性标定,结果表明所研制的薄膜传感器在30~400℃内具有良好的线性度,其塞贝克系数为37.84μV/℃,非线性拟合误差小于0.7%,动态响应时间为53.72ms。特种结构薄膜传感器磨损实验结果表明：传感器测温端的磨损对其温度测试的动静态特性影响很小,即测温端部分磨损不影响其测温性能。     

脉冲激光溅射及富-锆PZT薄膜的性能研究

采用脉冲激光溅射方法将PZT/YBCO沉积在LaAlO3(LAO)基底上,所选择的烧结靶材是Pb(Zr0.94Ti0.06)O3+2%Bi2O3.沉积YBCO和PZT薄膜的基底温度分别为710℃和570℃.整体结构PZT/YBCO/LAO在600℃的基底温度下退火15min.本文通过X射线衍射分析观察了薄膜的结晶状态,利用P-V曲线估计PZT薄膜的电学性质,并测量出薄膜的介电常数与频率(ε-f)以及介电损耗与频率(tanδ-f)的关系曲线.