高温压力传感器测试标定系统的研究

高温压力传感器的标定对于传感器的应用和开发具有非常重要的意义。为了适应高温环境下的气体压力传感器标定,设计实现了由压力控制系统和温度控制系统组成的测试标定系统总体方案。结合单片机自动控制系统和LabView上位监控程序,实现了压力3M Pa和高温150℃下的压力传感器标定测试。     

高温压力传感器温度特性的芯片内补偿技术

本文在分析、测试多晶硅高温压力传感器温度特性的基础上 ,提出了一种新的改善传感器温度特性的措施。通过在压力传感器芯片上集成低阻值的多晶硅电阻网络与温度传感器 ,不仅可以很好的补偿传感器的零点温漂 ,也可以借助传感器信号处理单元 ,方便地实现对灵敏度温度系数的补偿。经补偿 ,传感器的零点温漂达到 1× 10 -4/℃ ,灵敏度温漂小于 -2× 10 -4/℃。实验表明 :该方法的补偿温区宽 ,通用性强 ,是高温压力传感器十分有效的温度补偿方法     

基于低温共烧陶瓷的无线无源双参数传感器特性分析

设计并制备了一种可应用于恶劣环境的基于LTCC(低温共烧)陶瓷的集成温度和压力的双参数传感器。温度变化使LTCC基底介电常数变化,引起LC谐振电路的谐振频率变化;压力使LC谐振电路的电容极板间距离减小,从而使谐振频率发生变化,然后通过无线磁耦合的方式读取传感器信号。在高温压力复合平台对传感器温度和压力特性进行了测试和分析。实验结果表明:测量的传感器谐振频率随压力成线性减小;在相同压力下,传感器谐振频率随着温度的升高而减小;温度升高会使压力传感器响应灵敏度提升。     

光纤珐珀高温压力传感器的设计与性能测试

为了提高传感器在高温恶劣环境下的测试性能,结合单晶蓝宝石优异的特性,研究了一种能在高温恶劣环境下长期稳定工作的全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器,并对其设计、制造工艺及性能测试进行了详细的分析说明。首先,利用光纤珐珀干涉原理及斐索干涉仪的信号解调原理,对传感器进行了结构的设计;其次,采用蓝宝石刻蚀工艺、激光加工工艺及对蓝宝石三层结构的直接键合工艺完成了对传感器的工艺加工;最后,对制造的传感器进行了常温环境下的密封性测试及高温环境下的性能测试,测试结果表明:制造的高温压力传感器具备良好的密封性,且在高温环境下具有良好的线性响应,且温度在900℃时传感器的灵敏度可达3.035 nm/kPa,可以长期在高温环境下稳定工作。     

压力传感器集成恒流源灵敏度温度系数补偿

针对超低量程微型压力传感器和表面微机械加工的多晶硅压力传感器在高精度测试时和宽温区使用时灵敏度温度系数补偿量大的特点,提出应用"集成恒流源网络"来补偿灵敏度温度系数的方法,推导了定量补偿的公式。灵敏度温度漂移补偿实验中,通过温度周期的调节标定,补偿后灵敏度温度系数绝对值容易达到10×10-6/℃~50×10-6/℃满量程输出,从而验证了该方法的可行性和实用性,表明用集成恒流源补偿压阻式压力传感器具有补偿量大、成本低、效果好、精度高、容易集成等优点,在器件制作中有很大的应用前景。     

SOI压力传感器及其应用

SOI压力传感器是一种新型的、先进的物性型压力传感器.其采用硅氧化物实现压力芯片的敏感元件和与基片之间的电隔离,替代传统的pn结电隔离技术,打破极限使用温度上限的局限性,不存在微漏电通道,保障在高温条件下长期稳定工作.SOI压力传感器可广泛应用于石油、化工、冶金、航天、航空、船舶等领域的高温压力检测,极好地解决了高温传感器性能指标稳定性差,高低温宽温区的性能兼容性和分散性较大,环境试验适应性差、寿命短和可靠性低等技术难题.     

再谈制作高温电阻应变式称重传感器的若干问题(3)

正确地了解称重传感器在标定(或补偿)期间的温度,以利于正确选定补偿点及补偿电阻值;确切地了解传感器在高温环境下的温度传递及温度是确保传感器安全、可靠应用的基础,本文主要介绍用于测量传感器在标定(或补偿)期间和应用环境条件下的温度的具体方法.     

高性能MEMS电容压力传感器的设计及其热分析

为了进一步提高接触式电容压力传感器的性能,设计了一种高性能双凹槽结构的接触式电容压力传感器,并对该传感器在高温环境中的总体性能进行了分析。推导了热传导和热弹性理论,并对影响传感器热分析的各个因素与温度的依赖关系进行了描述;在整个分析过程中,使用ANSYS软件并结合有限元方法对全尺寸传感器的热效应进行模拟。结果表明,在接触工作状态双凹槽接触式电容压力传感器的温度对输入(压力)-输出(电容)特性的影响是线性的,且线性范围内初始压力随温度的升高而降低;当温度载荷为550 K时,双凹槽结构的灵敏度为1.21×10-6pF/Pa,比传统单凹槽的0.8×10-6pF/Pa高出50%,表明该压力传感器有着非常优异的高温特性。     

超低温宽温域环境下FBG传感器应变标定方法

在某超低温风洞结构健康监测的工程中,光纤光栅传感器被用来实时监测风洞洞体结构变形,然而超低温及宽温域的环境会极大地影响应变测量精度。为解决光纤光栅传感器在-196℃至常温范围的应变测量的温度影响,进一步提高测量精度,提出了一种超低温宽温域环境下的光纤布拉格光栅(fiber-optic Bragg grating,简称FBG)传感器应变灵敏度系数标定方法。该方法通过一套超低温宽温域标定系统对FBG传感器在-196℃～20℃的多个温度点的应变灵敏度系数进行了试验测量,利用该标定结果修正超低温宽温域环境下温度对应变的测量结果,可有效提高光纤光栅传感器的应变测量精度。试验还发现,FBG传感器的应变灵敏度系数呈现出随温度降低而升高的规律,该结论对进一步开展超低温宽温域环境下FBG应变传感器温度补偿研究奠定了基础。     

压力传感器灵敏度温度系数三极管补偿技术

分析了压力传感器灵敏度温度系数的三极管补偿法原理,从数学的角度提出了定量的补偿公式;在实验中,通过温度周期的调节标定,补偿后灵敏度温度系数绝对值容易达到(10～100)×10-6/℃,从而验证了该技术的可行性和实用性。对实验数据的研究后,讨论了此技术的局限性并在设计中提出了改进办法,具有实用价值,在生产实践中得到了推广应用,反复考察证明补偿后压力传感器的工作性能是稳定可靠的。     

基于碳化硅材料的电容式高温压力传感器的研究

针对现有的硅基高温压力传感器不满足更高温度环境(≥500℃)下测试需求的问题,设计并制备了一种基于碳化硅(SiC)材料的电容式高温压力传感器。利用ICP刻蚀工艺和直接键合工艺实现了气密性良好的敏感绝压腔结构,结合金属沉积、金属图形化等MEMS工艺制备了感压敏感芯片。搭建了压力-温度复合测试平台,完成了传感器在0～600℃环境下压力-电容响应特性的测试。测试结果表明,在0～300 kPa内,该传感器灵敏度为4.51×10~(-3) pF/kPa,非线性误差为2.83%;同时测试结果也表明该传感器的温度漂移效应较低,0～600℃环境下电容变化量为8.50～8.65 pF。     

BP神经网络在倾角传感器数据融合中的应用

针对电解质型倾角传感器对倾角和温度的交叉灵敏度问题,采用BP神经网络法对其输出电压进行数据融合,以消除温度对电解质型倾角传感器的影响。通过实验标定了传感器在各种温度环境下的电压输出,构建了神经网络对其进行数据融合。结果表明:该方法能很好地抑制倾角传感器的交叉灵敏度,提高了其测量准确度。适合高精度要求下平台倾角测量。     

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。     

一种机器人关节扭矩传感器的设计与研究

设计了一种轮辐式机器人关节扭矩传感器,主要用于实时监测机器人各个关节处的扭矩,进而利用力矩传感器实现机器人的柔性控制和人机协作。为了研究机器人的扭矩传感器,首先进行了力学分析,确定了应变片的粘贴位置;然后对应变片的变形进行了分析;进而运用有限元分析软件对扭矩传感器进行了材料的选择和本体的优化;设计了信号处理电路;最后利用标定装置对传感器进行了静态标定,通过分析获得传感器的灵敏度、线性度和迟滞等性能指标。     

卫星用高精度压力传感器研究

针对卫星用压阻式压力传感器存在温度漂移误差的问题,提出在传感器内部压力芯片处嵌入高精度温度传感器,使传感器具备压力、温度一体化测量和标定的功能。通过曲面拟合,采用最小二乘法完成对压力传感器的标定补偿工作,将压力传感器的测量精度提高到0.041 8%。     

基于数据融合技术的传感器自校正/标定模型

压力传感器对温度、湿度、电源波动等因素存在着交叉灵敏度，测量时若不排除干扰将导致测量误差。采用数据融合处理技术，建立传感器输出自校正／标定模型，消除电源波动对测量的干扰，提高传感器的精度和稳定性。     

基于温度补偿方法去敏的新型光纤光栅压力传感器

本文阐述了一种带温度补偿、基于平面薄板结构的新型光纤光栅压力传感器.作为弹性体的压力敏感薄板,其硬心通过一L型刚性位移传递机构拉动压力敏感FBG;温度去敏通过被动温度补偿和残留温度效应实时修正来解决.传感器性能指标测试如下:重复性0.066%FS,回程误差0.846%FS,线性度0.102%FS,传感器精度±0.591%FS;在-30℃到+80℃范围内,传感器零点漂移为+1.720 8%FS,灵敏度漂移为+0.010 4%FS,传感器温漂为+1.731 2%FS.     

新型预紧式六维力传感器及其位姿误差分析

为了获得综合性能指标优良的六维力传感器,本文提出一种新型的基于Stewart平台的预紧式六维力传感器结构,并对其进行了位姿误差分析。首先以经典Stewart平台六维力传感器为比较对象,描述了此预紧式六维力传感器的结构特点;而后综合利用影响系数法和矢量法建立其位姿误差模型,进而定义位姿误差灵敏度指标并据此绘制误差灵敏度直方图以分析不同误差因素对传感器位姿误差的影响情况;最后研制出传感器样机并完成标定实验,实验结果表明该传感器测力精度在1%以内。所研究内容对六维力传感器的设计制造和实验标定具有理论指导意义。     

用于恶劣环境的耐高温压力传感器

为了解决如高温200℃等恶劣环境下的压力测量问题,基于微机电系统(MEMS)和高能氧离子注入(SIMOX)技术,研制了一种量程为0~120 kPa的压阻式压力传感器。该传感器芯片由硅基底、薄层二氧化硅、惠斯登电桥结构的硼离子注入层、氮化硅应力匹配层、钛-铂-金梁式引线层和由湿法刻蚀形成的空腔组成。在氧剂量1.4×10¹⁸/cm²和注入能量200 keV条件下,由高能氧离子注入技术形成厚度为367 nm的埋层二氧化硅层,从而将上部测量电路层和硅基底隔离开,解决了漏电流问题,使得传感器芯片可以在高温200 ℃以上的环境下使用。为了提高传感器在宽温度范围内的稳定性,对温度补偿工艺进行了研究,补偿后的传感器灵敏度温度系数和零位温度系数很容易控制在1×10^-4/℃·FS。实验标定结果表明:在200 ℃下,研发的耐高温压力传感器具有很好的工作性能,其线性度误差达0.12%FS、重复性误差为0.1%FS、迟滞误差为0.12%FS,精度达0.197%FS,满足油井、风洞、汽车和石化工业等现代工业的应用需求。     

超低温薄膜压力传感器的研究

超低温薄膜压力传感器可用于液氢、液氮、液氧等低温环境的压力测量,目前国内外超低温压力传感器产品的工作温度最低为-200 ℃.文中主要介绍了对超低温薄膜压力传感器的研究,通过薄膜压力传感器设计和工艺技术研究,成功研制出超低温薄膜压力传感器,并在-253(液氢)～+60 ℃温度环境下进行压力传感器静态性能测试,结果表明传感器性能指标优异,实现了超低温薄膜压力传感器技术突破.