压阻式压力传感器中的信号调整

文中介绍了Maxim公司的信号调整集成电路芯片MAX1450的引脚含义,功能特点及工作原理.设计和制作了外围补偿电路,对已有的微型压阻式压力传感器进行测试,分析它的信号特性与温度特性,采用了MAX1450信号调理器将微型压阻式传感器的进行校准和温度补偿.对微型压阻式压力传感器的失调、满量程输出、失调温度系数、满量程输出温度系数进行校准和补偿,使信号输出精度提高到1%,满足了实际应用的要求.     

硅压阻压力传感器调理电路设计与验证

文中提出了一种硅压阻压力传感器的调理电路。首先,针对硅压阻压力传感器精度取决于激励源的特性,提出了一种高精度直流电压激励电路,该激励电路采用负反馈结构,且具有过流保护功能,当外部发生过流故障时,恒压源输出变为占空比可配置的PWM形式,有效提高了电路可靠性;其次,针对硅压阻压力传感器输出阻抗较大的问题,利用传感器全桥结构提出了“双上拉电阻”方案,在实现开路检测功能的同时,对硅压阻压力传感器输出误差影响可忽略不计,并设计了基于仪表运放的放大电路及滤波电路;最后,对该电路进行了测试验证,结果表明激励电压精度为0.2%,传感器输出调理精度为0.5%,满足压力高精度调理需求。     

基于MSP430的微功耗无线压力变送器研究与设计

基于压阻式压力传感器的测压原理,以MSP430F449单片机为核心,设计了一种微功耗无线压力变送器,用来实现对井口压力的快速准确测量.系统设计中,为了降低功耗,外部电路均采用微功耗设计方式,并通过精确电源管理,关闭不用的模块,使设备处于低功耗状态.同时,采用微功耗编程技术,进一步延长了电池的使用寿命.设计中,选用TR3001芯片作为无线发射接收模块,实现了测量数据的无线传输.通过合理的研究与设计,提高了压力数据的采集精度,解决了系统微功耗问题.     

微传感器压力测量系统

压力是应用最为广泛的物理参数之一,压力测量在工业生产中必不可少.在研究微电容传感器的基础上,分析了压力测量的工作原理,提出一种基于微电容传感器的压力测量的设计方法,给出适合该种传感器的信号检测电路和压力测量系统组成.实践表明,此设计方法具有较高的准确性和应用推广价值.     

集成铜金属压阻层的SU-8胶悬臂梁微力传感器的制作

由于SU-8胶的弹性模量比硅的低,在SU-8胶悬臂梁上集成金属压阻可获得很高的力灵敏度系数,因此本文基于SU-8胶设计并制作了一种集成蛇形结构铜金属压阻层的SU-8胶悬臂梁微力传感器。介绍了制作微力传感器的新型工艺,并进行了传感器性能测试。实验结果表明:设计的SU-8胶微力传感器在0～350μN具有较好的线性度,力灵敏度为0.24mV/μN,测量误差为4.06%。该微力传感器可以满足对微小力的测量,相对于硅材料的微力传感器,其制作工艺更加简单,周期更短。由于SU-8胶的生物兼容性好,该传感器在生物医学研究领域有着很好的应用前景。     

硅微谐振式压力传感器闭环频率跟踪电路

为了精确、快速测量静电激励/压阻检测的硅微谐振式压力传感器在受到外界压力后频率的变化,设计了一种基于锁相环的闭环频率跟踪电路。通过对输入信号进行放大、滤波和移相以满足闭环自激振荡条件,然后利用锁相环电路进行信号的无相差频率跟踪,最后将锁相环输出信号转换为满足传感器激励要求的正弦信号。该电路具有良好的频率稳定(频率误差1 Hz)和跟踪性能,实现了在18～30 kHz范围内频率无相差锁定。     

三维微力探针传感器技术研究

结合光纤探针与四悬臂梁支撑结构的特点,研制了一种基于微探针形式,具有μN级三维微力测量和传感能力的压阻式三维微力探针传感器.通过ANSYS数值仿真的方法研究了传感器结构之间的应力特点.并且通过实验验证了所研制的传感器的综合精度可达到0.2%FS,干扰误差≤0.3%FS.     

基于USB的数字压力传感器的补偿方法

介绍了压阻型扩散硅压力传感器的温漂及补偿方法,设计了一种基于USB接口传递的数字压力传感器实现温漂的数字补偿.传感器包括了压力传感器、补偿电路和上位机界面等3部分.对数字补偿的硬件电路进行了详细介绍,数字补偿电路以ATmega8单片机和FT232为核心.传感器通过采集压力传感器的输出信号,再对采集到的信号进行分析处理后将数据打包通过USB接口给上位机,压力值在上位机界面显示出来,可实现对测量压力的数字化补偿和实时传送.     

脉冲压力条件下PVDF压电薄膜的动态响应特性

通过脉冲压力发生装置产生脉冲压力,研究PVDF压电薄膜的动态特性.使用PVDF压电薄膜制作一种测试脉冲压力的传感器,借助标准压阻传感器,测得PVDF压力传感器的灵敏度,计算出灵敏度的不确定度,并将PVDF压力传感器的线性度与压电传感器和压阻传感器作出对比,发现PVDF压力传感器输出稳定.通过比较PVDF压力传感器和标准的压阻传感器输出信号在时域和频域上的相关参数,证实PVDF压电薄膜具备测试动态压力的能力.     

基于厚膜电容传感的微位移信号处理电路设计

设计了一种基于电容数字转换芯片AD7745和单片机C8051F040微位移检测信号处理电路,给出了电容式微位移传感器的设计制备原理、C8051F040软硬件设计、输出转换电路的设计, 阐述了微位移检测电路信号提取及转换过程.实验结果表明:设计的微位移信号处理电路提高了厚膜微位移电容传感器的稳定性及抗干扰能力,并使传感器在量程100 μm的范围内线性度由6.10%提高到0.67%.     

通用型高温压阻式压力传感器研究

针对石油化工等领域高温下压力测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅芯片,采用SIMOX 技术SOI晶片,在微加工平台上制作了硅芯片.对不同的用户工况设计了装配结构,采用耐高温封装工艺,研究了耐高温微型压力传感器封装材料匹配与热应力消除技术,解决了内外引线的技术难点.从低成本、易操作性出发,设计了温度系数补偿电路,研制了精度高、稳定性佳的耐高温通用压力传感器.     

基于信噪比的MEMS压力传感器设计与分析

为了研制高精度MEMS压阻式压力传感器,基于信噪比对其压敏结构进行了设计与分析.首先运用ANSYS有限元模拟仿真获得了不同压敏电阻结构芯片的应力分布,并对其噪声和信噪比进行了理论分析,发现在低频区闪烁噪声是传感器噪声的主要来源.仿真结果表明,芯片结构对其噪声、输出信号和信噪比均存在影响,增加压敏电阻折叠条数通常有助于获...     

耐高温压阻式压力传感器研究与进展

传统的硅扩散压阻式压力传感器用重掺杂4个P型硅应变电阻构成惠斯顿电桥的力敏检测模式，采用PN结隔离，高温压阻式压力传感器取消了PlN结隔离，与半导体集成电路平面工艺兼容，符合传感器的发展方向。根据力敏材料的分类，分别介绍了多晶硅中高温压力传感器、SiC高温压力传感器和单晶硅SOI（silicon on insulator）高温压力传感器的基本工作原理和国内外的发展现状，重点论述了BESOI（bonding and etch-backSOI）、SMARTCUT和SIMOX（separation by implanted oxygen）技术的SOI晶片加工工艺。以及由此晶片微机械加工成的芯片封装的高温微型压力传感器部分特性，对此领域的发展作了展望。     

适用于恶劣环境的MEMS压阻式压力传感器

为了消除潮湿、酸碱、静电颗粒等恶劣环境对压力传感器压敏电阻的影响,提出了一种新型结构的压阻式压力传感器.该传感器将压敏电阻置于应力薄膜的下表面并通过阳极键合技术密封在真空压力腔中,从而减少了外界环境对压敏电阻的影响.介绍了此种压力传感器的工作原理,使用ANSYS软件并结合有限元方法模拟了压敏薄膜在压力作用下的应力分布情况.最后,利用微机电系统(MEMS)技术成功制作出了尺寸为1.5 mm×1.5 mm×500 μm的压阻式压力传感器.用压力检测平台对该压力传感器进行了测试,结果表明,在25～125℃,其线性度小于2.73％,灵敏度约为20mV/V-MPa,满足现代工业使用要求.     

A monolithic silicon multi-sensor for measuring three-axis acceleration,pressure and temperature

A monolithic multi-sensor for small unmanned aerial vehicles is presented in the paper; it consists of a three-axis piezoresistive accelerometer, a piezoresistive absolute pressure sensor and a silicon thermistor temperature sensor. The accelerometer is designed with four silicon beams supporting the seismic mass and appropriate piezoresistors arrangement to detect three-axis acceleration and greatly reduce cross-axis sensitivities. For minimizing the effect of stress on the temperature sensor, the thermistor is designed along [100] and [010] crystal orientation. The multi-sensor is fabricated on SOI wafers by using MEMS bulk-micromachining technology. Some effective micromachining steps are applied in the fabrication. The two-step wet anisotropic etching process on the backside of the wafers can form the whole backside shape of the multi-sensor. The metal electrode sputtered on the Pyrex glass can avoid sticking between the Pyrex glass and the seismic mass in the process of anodic bonding. The die size of the multi-sensor is 4×6×0.9mm³. The measured results show that the multi-sensor is appropriate for its application field.     

一种新型硅压阻式流速流向传感器的设计

本文设计了一种基于体微机械加工技术、SU-8-光刻胶工艺和压阻检测的新型硅压阻式流速流向传感器.该传感器由立柱和支撑梁构成,这种结构将流体的流速流向信息转化为立柱的倾斜和相应的梁的变形,通过4根正交梁端部的压阻应变计来测量梁的变形.通过测量压电电阻的阻值变化就可以得到流体的流速和流向.利用惠斯通电桥来获得正弦电压输出.理论分析了器件的结构变形和电压输出,并用有限元方法进行了验证.为该传感器设计了一套基于键合技术的体微机械加工工艺.     

微机电系统磁流体压力微传感器

由于磁流体具有磁性,如果在磁场作用下力的平衡发生变化,会因磁流体的流动而产生压力。将这种现象用到微系统中,可以获得1～1000mbar数量级的压力值。在试验装置中,用压阻式压力传感器得到了40mbar的压力。试验结果表明,磁流体和微系统的结合具有很大的潜能,为其应用于新的场合提供了研究基础。     

基于压阻原理的磁流变减振器阻尼力传感器设计

为实现磁流变减振器运行中的健康状态监测并满足轿车磁流变减振器控制器阻尼力的需要,设计了一种可同时测量磁流变减振器压缩和复原行程中动态阻尼力的压阻式力传感器。根据汽车磁流变减振器的工作特性和压阻式压力传感器的设计原则,对阻尼力传感器进行了整体结构设计;采用理论计算与有限元仿真相结合的方法,以达到设计量程、获得较大灵敏度和固有频率为设计目标,确定了传感器芯片尺寸;通过分析论证,确定了传感器芯片型式、制作材料;研究了压阻系数与晶向的关系,确定了电阻排布方向和位置、电阻条尺寸、电阻条折弯数,完成了芯片的版图设计。     

基于MEMS技术梁膜结合压阻式加速度计的设计

提出了一种压阻式加速度计的新结构模型,采用梁膜结合结构方式,提高了低量程微硅压阻式加速度计的固有频率,减小了挠度对加速度计输出线性度的影响.通过有限元ANSYS仿真软件对结构模型进行静态和模态分析,发现在相同的负载条件下,新结构与传统结构相比,其固有频率平均提高了39%,挠度平均下降了39%,并对影响灵敏度、固有频率等主要指标的因素讨论分析,确定传感器的电阻分布和结构参数,对其结构进行优化.最后设计了版图及一套可行的工艺流程,采用各向异性化学腐蚀技术在单晶硅上制作压阻式加速度计,并与玻璃衬底阳极键合,从而提高加速度计的可靠性.该加速度计具有小尺寸、高频响、高精度的优点.     

An integrated sensor for pressure, temperature, and relative humidity based on MEMS technology

This paper presents an integrated multifunctional sensor based on MEMS technology, which can be used or embedded in mobile devices for environmental monitoring. An absolute pressure sensor, a temperature sensor and a humidity sensor are integrated in one silicon chip of which the size is 5 mmX 5 mm. The pressure sensor uses a bulk-micromachined diaphragm structure with the piezoresistors. For temperature sensing, a silicon temperature sensor based on the spreading-resistance principle is designed and fabricated. The humidity sensor is a capacitive humidity sensor which has the polyimide film and interdigitated capacitance electrodes. The different piezoresistive orientation is used for the pressure and temperature sensor to avoid the interference between sensors. Each sensor shows good sensor characteristics except for the humidity sensor. However, the linearity and hysteresis of the humidity sensor can be improved by selecting the proper polymer materials and structures.