一种微电解池式微流量传感器的研制

基于电解质溶液导电的特性,研制了可测量微升级流量的高灵敏度微电解池式微流量传感器。由电解反应产生的电流大小确定流体流过的时间t,再根据流体流量Q、管道截面积S及液体通过的时间t,即可以得出流过管道的液体量。用流体仿真软件CFX对所设计的器件进行仿真,用微机械加工工艺制作出微管道,并用蒸镀及金属腐蚀的方法制作出微电极。实验表明,所制作的微电解池式微流量传感器符合仿真结果,管道中有无流体时电流变化明显。传感器的灵敏度为蠕动泵的泵速,即1.71μA.s/μL,当蠕动泵的泵速为0.5 r/min时,测得的电流值为10μА。     

非热式微流量传感器

基于微机械加工技术的微流量传感器是微传感器中重要的一种,目前,对微流体测量的研究主要集中在对流体流量和流速的测量上,按照测量方式的不同,微流量传感器可分为加热式和非加热式两种。本文概述了可以用来实现非热式微流量传感器的物理原理,并以此分类,综述了已有的非热式微流量传感器,对它们的优缺点进行了分析。通过对这些传感器进行的比较可以发现,虽然它们采取的原理和实现方法以及性能各不相同,但是它们有同样的优点就是功耗小。目前,阻碍非热式微流量传感器应用的最大障碍就是难以实现二维或三维方向的测量以及难以和标准CMOS工艺兼容。     

一种基于温度平衡控制系统的全向流量传感器

本文设计了一种新型热膜式流量传感器,该传感器工作于温度平衡模式,通过控制芯片表面的温度平衡能够对360°全向流量进行检测。该芯片包含了四个恒温差（CTD）模块,每一个模块包含有一个加热器和一个敏度敏感器。4个CTD模块用于对芯片进行加热,并通过控制各区域加热功率的大小以保持芯片各区域之间温度平衡,利用四个加热器功率之间的差分运算就能够对全向流量进行监测。经测试,该基于该温度平衡控制系统的全向流量监测系统流向测试误差小于2°。     

热式空气流量传感器设计

在燃油喷射发动机系统中，需对空燃比进行控制，控制的依据则为发动机的进气流量。本文介绍一种热式空气流量传感器的设计和典型应用。     

大流量压阻式流量传感器的研制

根据流体力学差压原理，采用硅微机械加工手段设计制作了微挡板结构的压阻式流量传感器。测试结果表明，该传感器具有测量0．1～10L／min的气体流量的能力。     

MEMS压力传感器及其应用

简述MEMs压力传感器的结构与工作原理,并探讨了其应用、压力传感器Die的设计及生产成本分析,覆盖了从系统应用到销售链。     

MEMS加速度传感器的原理及分析

主要介绍了五种目前常见的基于MEMS技术的加速度传感器,从物理结构的角度对这几种传感器的测量原理进行了分析,不但着重介绍了已经较为成熟且形成产业化的硅微电容式、压阻式、热电耦式加速度传感器,而且对目前较为前沿的光波导式加速度传感器也进行了一些分析和介绍。     

微硅加速度传感器的发展

本文介绍了微硅加速度传感器自六、七十代发展至今,其代表产品的特点,对微硅加速度计三种典型代表形式进行了分析、指出其优缺点,并对目前微硅加速度计的发展趋势－检测空间加速度的三维加速度计进行了重点讨论。     

MEMS热膜式微型流量传感器的研制

针对微型流量传感器的应用问题,提出了一种可以准确测量各种气体微型流量、基于MEMS工艺的新型MEMS热膜式传感器。基于热量传递原理的热膜式流量传感器由一个加热器和一对微型温度传感器组成,只要测得两个温度传感器的温度差值,就能得到气体的流量。分析了该器件的原理并进行了ANSYS仿真,设计了器件的结构,进行MEMS工艺开发,制作出可实用化的产品。测试表明,该器件的测量量程达到0.5～200m3/h,精度1.5级,响应时间20ms,量程比1:400,显示该器件测量流量的功能达到了实用化水平。     

基于MEMS的硅微压阻式加速度传感器设计

硅微加速度传感器是MEMS器件中的一个重要分支,具有十分广阔的应用前景。由于硅微加速度传感器具有响应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等优点,而且该种传感器在强辐射作用下能正常工作,因而在近年来发展迅速。文章首先对传感器结构及工作原理进行了简单介绍,给出了一种基于MEMS技术制作的压阻式硅微加速度传感器的结构和工艺,并对制作的加速度传感器样品进行了动态测试,测试结果表明与理论设计值基本吻合。     

硅热流量传感器的研究与发展

本文详细地介绍了硅热流量传感器的工作原理并对它进行了细致的分类,同时概括了其发展和应用情况,最后对其目前发展过程中一些尚待解决的问题及其未来的发展趋势进行了讨论。     

MEMS热风速计流固耦合模拟

通过设置流-固耦合面和固-固耦合面,采用ANSYS软件对MEMS热风速计进行了有限元模拟,基本解决了热风速计有限元模拟中遇到的多物理场耦合问题.通过对不同风速,不同风向情况下的风速计芯片的热分布进行了模拟和分析,得到了一些有助于芯片设计的结论.最后,为了验证模型的正确性,进行了实验测量.实验数据与模拟结果基本相符,误差在8%以内.     

一种基于MEMS工艺的二维风速传感器的设计

给出了一种基于MEMS工艺的二维热风速传感器的设计、制造以及测试结果.该传感器采用恒功率工作方式,利用热温差的方法测量风速和风向.本传感器采用MEMS剥离工艺在玻璃衬底上同时加工出加热电阻和测温电阻,利用简单可靠的加工工艺实现了热隔离和高灵敏度.经过风洞风速风向测试,得知传感器的风速量程超过10m/s,360°范围内风向测量误差不超过8°.传感器的响应时间不超过1s,功耗为10mW.     

基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度为0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。     

具有温度补偿的微细圆柱基MEMS流速传感器研究

目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。设计并制造了一种可介入小管径管道的、具有温度补偿功能的圆柱基流速传感器,器件采用旋转投影曝光和微机电系统(MEMS)技术制作而成,包含一个薄膜型加热电阻和一个稳定补偿电阻,基于热阻原理可实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明：该流速传感器的温度系数为0.2236%/℃,灵敏度为4.25 mV/(cm·s^-1)。研制的圆柱基MEMS流速传感器可在内径为2 mm的管道中对具有一定温度变化的流体进行流速测量,有望应用于工业、生物医学等领域。     

电阻悬浮的MEMS热膜式气体流量传感器设计

设计了一种新型电阻悬浮结构的热膜式气体流量传感器,具有测量精度高、灵敏度好、抗压能力强、微加工工艺简单等特点。采用ANSYS软件对传感器芯片在不同流速下的温度场进行了有限元仿真,得出了上下游温差与流速的关系曲线。通过比较热膜电阻非悬浮与悬浮时的导热损失和压力分布,得到了将热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器的结论,其灵敏度为一般传感器的3.6倍。分析表明,传感器的响应时间仅为0.17 ms,比一般传感器快了好几倍;流速在0～0.5 m/s和0.5～2.5 m/s时,传感器输出信号都有较好的线性度,使其能够应用于小流量和大流量的测量当中;流道高度为150μm时,流量为0～2.7 L/h。根据工艺条件和仿真结果,确定了传感器芯片的结构尺寸和微加工工艺流程。     

MEMS热式风速风向传感器输出性能优化研究

环境测温二极管在工作时受传感器芯片热场影响,常引发MEMS热式风速风向传感器加热电压-风速曲线异常。将其更换为外置测温二极管,并调整其与传感器芯片距离,成功解决了输出曲线异常现象。并在此基础上,优化芯片及外置测温二极管的封装方案,消除了热场的相互干扰和不必要的热损耗,同时保证了外置测温二极管与空气的良好接触。风场测试结果表明,传感器的加热电压-风速曲线变得平滑,且重复性好,风速和风向的测量误差分别在±4%和±4°以内,系统的上电稳定时间大幅缩短至15 s左右。     

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量.选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9 mm×7 mm×30μm.设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路.测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418％/℃,实验实现了0～36 m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295 mV/(m/s).同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应.所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域.     

基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器的设计与仿真

针对铂等常用金属热敏材料电阻温度系数(TCR)不高,导致热式MEMS流速传感器宽量程测量时功耗高的问题,设计了 一种基于非晶锗(a-Ge)薄膜热电阻的低功耗、宽量程柔性MEMS流速传感器.非晶锗热电阻材料具有较高的TCR系数(约为-0.02/K)和室温电阻率(5Ω·m),传感器在较低的工作温差和功耗下可获得宽量程的流速测量.阐述了该柔性MEMS流速传感器的设计结构、工作原理、3D有限元建模和热-流场仿真结果.利用聚酰亚胺衬底空腔膜上的四个非晶锗热电阻同时作为自加热热源和测温元件.四个非晶锗热电阻组成一个惠斯通电桥,同时结合热损失和热温差原理来实现宽量程流速测量和测向.仿真结果表明,惠斯通电桥采用恒电流供电只需120μA,使得非晶锗热阻的工作温度与环境温度之间的温差不高于6 K,就可对0～50 m/s范围内的流速进行测量,且功耗在1.368 mW以内.该柔性流速传感器易于采用MEMS技术批量制造,可贴于曲面应用,非常适于物联网等低功耗流速传感领域.