微型热敏传感器的薄膜电阻设计研究

应用微型热敏传感器薄膜电阻的电阻温度系数设计方法,得到基于热敏电阻的电阻温度系数的计算和设计参数.结合针对流体壁面剪应力测量的应用要求,分析多晶硅和铂金属热敏电阻的优缺点,并且对试验电阻进行电阻温度系数和时间常数的分析计算,依据计算结果确定微型热敏传感器薄膜电阻的基体材料、薄膜材料和特征尺寸等参数,为微型热敏传感器的实际应用提供参考依据和分析方法.     

基于柔性传感器阵列的边界层分离位置测定实验研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律，提出针对在飞行器外表面贴附微型传感器的分离点检测方法，给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案。研制了在柔性聚酰亚胺衬底集成微型热敏传感器的柔性传感器阵列，解决了柔性传感器阵列对微细加工工艺要求较高的难题。在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号的处理判断方式进行了验证，实验结果分析表明，研制的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量。     

石英音叉传感器测量流体密度和黏度的研究

文中基于石英音叉传感器测量流体密度和黏度的理论,搭建了实验测试平台,验证了该传感器可同时测量流体密度和黏度的可行性.另外,实验测量了石英音叉谐振频率受温度影响的程度,为石英音叉传感器在更高温度下测量流体的密度和黏度提供温度校准依据.实验结果表明:当流体温度20～80℃变化时,石英音叉传感器测量5种流体密度的相对误差基本...     

边界层分离点实时检测方法

微型剪应力传感器以尺寸小、时空分辨率高的特点在边界层分离点测量中表现出了突出的优势。通过分析用于检测流体参数的微型热敏剪应力传感器的工作原理,设计了柔性热敏剪应力传感器阵列和恒流驱动电路。使用DAQPCI6024E及LabVIEW软件完成数据采集与实时信号处理,并提出采用均值变化量判断分离点的位置。风洞试验结果表明:该方法可行有效,可精确确定边界层分离点的位置。     

磁流体动力学角速度传感器的温度特性分析北大核心CSCD

磁流体动力学角速度传感器基于磁流体动力学效应工作,导电流体置于旋转的磁场环境,切割磁感线产生感应电势。环境温度变化,会影响导电流体的黏度、电导率及磁通密度进而改变导电流体的响应状态,从而影响传感器的输出。文中从理论上分析了温度对传感器关键部件的影响,并利用MAXWELL及FLUENT进行耦合仿真,通过温度实验加以验证。结果表明:低频时导电流体的正温度效应小于永磁回路的负温度效应;中高频时,影响MHD角速度传感器表头温度稳定性的主导因素为永磁回路的负温度效应,为减小传感器温度漂移并进行结构优化设计提供依据。     

压电加速度传感器测量中的温度补偿设计

为了解决压电加速度传感器易受温度影响的缺点,通过分析其测量原理和温度变化对压电传感器性能的影响,提出了在压电加速度测量系统中加入热敏元件进行温度测量,并利用单片机软件进行自动实时温度补偿的方法。结果表明,实施温度补偿后,提高了压电加速度传感器的工作性能与可靠性。     

集成生物微环境测量CMOS传感芯片研究

基于标准0.6 μm CMOS工艺设计实现了单片集成可用于细胞外微环境溶液pH值和温度同时检测的混合信号生物传感芯片.利用多层浮栅结构场效应管作为pH值传感单元,在恒流恒压电路控制下得到与pH值成反比的电压输出.pH敏感器件与参比器件的差模输出方式有效减小了电路和溶液的噪声.pH值在1～13范围内,传感器平均灵敏度为35.5 mV/pH,线性度优于3.2%.芯片上还集成了与绝对温度成正比的温度传感器,可实时检测生物微环境溶液的温度变化,在25～100℃范围内,输出线性度优于1.7%,平均灵敏度为8.8 mV/℃.此外,构建了传感芯片的原型应用电路,对传感器的输出电压进行软件修正后以温度和pH值形式进行显示,以实现两个参数的实时监测.在25~70 ℃温度范围内,温度测量偏差在-0.6～+1.1 ℃以内,pH值的测量偏差≤±0.3 pH.该芯片具有一定的可重用性,既可用来研究温度变化对细胞微环境溶液pH值的影响,又可作为IP核兼容集成于相同工艺的其他传感器电路中.     

基于最小二乘支持向量机的压力传感器温度补偿

压力传感器的输出不仅随压力变化,而且易受环境温度的影响,因而限制了传感器的测量精度。为了克服压力传感器的上述缺陷,本文提出了一种基于最小二乘支持向量机的温度补偿方法,并用虚拟仪器技术予以实现。与常用的误差反传神经网络方法相比,最小二乘支持向量机可获得更好的泛化性能,不易发生局部最优及过拟合现象。因此该方法能有效地消除温度对传感器输出的影响。实例表明,补偿后的压力传感器具有更高的测量精度和温度稳定性。     

逆磁致伸缩扭矩传感器温度漂移特性研究

温度漂移是影响逆磁致伸缩扭矩传感器灵敏度和测量精度的主要因素之一，为消除温度漂移的影响，设计了一种桥式电路并分析了输出信号的特性。实验表明：当受温度影响时，其输出信号由扭矩分量和温度影响分量组成，每个分量都具有稳定的相位角，通过相位差关系从输出信号中除去温度分量，就可以消除温度的影响。结果表明：传感器的温度漂移得到了很好地控制，在全刻度范围内小于1％／50℃，能够满足扭矩工程测量的要求。     

热敏传感器（二）

七、压电型热敏传感器 1.压电石英热敏传感器 压电石英晶体的弹性模量随温度变化,故其频率亦随温度变化。利用压电石英晶体的这一特性,1971年即制作了可作温度标准用的压电石英热敏传感器,     

基于传热正反模型的动态测温方法研究

为减少热惯性温度传感器的动态测温误差,提出了基于传热模型和反演算法的动态测温方法,其实质是将求解被测对象的真实温度转化为一个优化问题.该方法首先建立温度传感器非线性非定常瞬态传热正模型和有限元求解方程,并进行实验验证.在此基础上,推导了瞬态传热一阶敏度计算公式,建立了温度传感器的非稳态反演传热模型,结合快速反演算法,反求作为边界条件的被测对象真实温度.将所提出的动态测温方法应用于具有内外两层套管、传热过程复杂的复合温度传感器.实验和仿真结果均表明,正向模型的仿真值与测量值相比最大误差小于5℃,反演求解的被测对象真实温度误差不超过1％,热响应时间由548 s缩短到106s.应用实例分析结果表明,所提出的动态测温方法具有较高的准确性和快速性.     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

微型膜结构全光纤珐珀干涉高温传感器

制作了一种微型膜结构的全光纤在线珐珀干涉式高温传感器。该传感器是在单模光纤端面依次熔接一段大芯径空芯光纤和一段研磨的多模光纤膜片而构成的,因此,温度引起的珐珀腔光程差改变量由空芯光纤的热膨胀和温度引起腔内压强改变从而改变膜片的扰度两部分组成,从而使相同温度变化下传感器的光程差变化量更大,分辨率更高。实验结果表明,在100～650℃,该传感器单位温度变化的光程差变化量约为1.029 nm,温度分辨率约为1.5℃,测量线性度约为0.996 7,且滞回小,重复性好。这种膜结构的全光纤珐珀干涉式高温传感器因其体积小,温度分辨率高,将在多点高温测量领域有好的应用前景。     

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.     

高精度随钻定向测量仪的设计

以3轴加速度传感器和3轴磁通门传感器为基础,设计了定向传感器的角度测量模型;通过对传感器温度误差和安装误差的分析,研究了影响传感器精度的因素,提出了能有效提高传感器测量精度的误差校正模型.以微控制器MSP430F149和模数转换器ADS1216为核心,设计了硬件滤波电路和信号采样电路;基于角度测量模型和误差校正模型,给出了姿态参数采集的主程序和误差补偿程序流程图.实验分析表明:在高温高压强振的环境下该系统达到了所提出的精度指标.     

谐振式MEMS温度传感器设计

为了实现以频率输出为信号的气象温度测量,提出了一种基于双层悬臂梁的谐振式微温度传感器。基于双悬臂梁不同材料热膨胀系数的差异会导致悬臂梁谐振频率偏移的原理,采用压电方式同时实现悬臂梁的驱动及其谐振频率的检测,从而实现温度的测量。根据硅基传感器的正面腐蚀工艺,设计了谐振悬臂梁的双层结构,采用有限元方法分析了悬臂梁的谐振模态、可利用的振型及其温度与各模态谐振频率的关系,并利用多普勒振动系统对悬臂梁的谐振特性进行了研究。实验发现悬臂梁的二阶弯曲振型Q值相对于其它振型是最大的,其Q值约为150;高阶振型特别是二阶弯曲振型适合用于以ZnO为压电材料的温度传感器的频率检测,并且具有相对较高的灵敏度(约为20Hz/℃)和频率温度系数(1.9×10-4/℃)。结果表明,微型温度传感器能够满足气象温度检测的要求,并具有抗干扰能力强、灵敏度高、信号传输接口简单等优点。     

基于MEMS的量热式传感器气体流量测量的模型研究

气体流量测量广泛应用于呼吸监测、管道运输等领域。本研究细致分析了MEMS量热式传感器温度一维分布模型中的热边界层参数,进行了相应的经验修正。并且在温度一维分布模型的基础上,针对具有两对上下游测温电阻芯片结构的MEMS量热式传感器,提出了一种新的传感器输出电压关于气体流量的半修正理论模型。该理论模型能够适用于不同类型的单介质气体。同时,开展了N₂、CO₂流量测量实验,与理论模型进行对比,证明所提出的理论模型可以正确预测不同气体介质的流量,其中针对CO₂测量介质的均方根误差为0.15%。此外,结合理论分析,提出了一种高精度,拟合形式简单、针对确定气体适用性更好的测量模型,其中针对CO₂测量介质的均方根误差为0.05%。     

恒温式微热板电阻真空传感器的研究

微热板(MHP)作为一种微结构广泛运用在各种微传感器中。本文通过对微热板的传热分析，从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响；设计了一种边长为93μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器，支撑桥长65μm、宽21μm，微热板与衬底之间的气隙高度为0.5μm；采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工。测试结果显示，该微热板真空传感器气压测量范围约2Pa～105Pa,且响应特性与理论计算结果相符。     

采用在线成型工艺的光纤光栅传感器

为了实现对光纤光栅的温度补偿功能,基于一种新型的热应力温度补偿机制,设计并制造出一种新型的、采用在线成型工艺的光纤光栅温度自补偿应变传感器,该传感器不仅具有温度补偿功能,而且可以实现应变增敏,解决了管式封装胶粘不牢、胶层老化的问题,以及温度补偿的传感器不能测量应变的问题。实验结果表明,在-20℃~40℃的温度变化范围内,传感器实现了良好的温度补偿和应变增敏效果;其中在实验温度范围内,光栅传感器的波长基本保持不变;应变敏感性为1.69pm/,增至原来的1.4倍,与理论计算值吻合的很好。