MEMS高g加速度传感器高过载能力的优化研究

设计的MEMS高g加速度传感器抗高过载能力差,将导致在冲击等恶劣环境中应用时结构易破坏。本文通过分析传感器结构对其抗过载能力的影响,及在高冲击测试中传感器结构损坏情况的统计,提出了一种新颖的优化高g加速度传感器抗高过载能力的方法。该方法是在结构最易断裂的梁根部和端部添加倒角,以分散在冲击作用下传感器结构这些部位受到的应力,进而提高加速度传感器的高过载能力,并从理论仿真分析了该方法的可行性。最后利用Hopkinson杆测试方法对优化前后的加速度传感器进行冲击测试,测试结果表明,加速度计的抗高过载能力从180,000 g提高到240,000g,说明该优化方法显著,明显提高了该类加速度传感器的抗高过载能力,设计的加速度传感器达到了较理想的抗高过载能力。     

MEMS压力传感器原理及其应用

MEMS压力传感器是基于MEMS技术的小型化、低功耗、低成本、高准确度的压力测量器件,广泛应用于各行业领域。本文首先介绍了压阻式、电容式和谐振式压力传感器的工作原理,然后研究了三种压力传感器的关键技术,并针对应用做了简要分析,最后给出了MEMS压力传感器研究方面的几点建议。     

4H-SiC MEMS高温电容式压力敏感元件设计

为了研制Si C高温电容式MEMS压力敏感元件以满足高温环境下压力参数测量,设计了一种基于P型4H-Si C减薄抛光工艺制备高温变间隙电容式压力传感器敏感元件结构方法;通过数值仿真,研究了敏感元件的性能,得到敏感元件输出电容随压力、温度的变化曲线;通过微机械加工工艺制备出了Si C电容式高温压力传感器敏感元件,研制出Si C电容式高温压力传感器原理样机,通过模拟高温压力传感器样机工作环境,搭建了高温微压测试平台并对原理样机进行性能测试;结果显示,样机在873.15 K下能够正常工作,灵敏度为18.7 f F/k Pa,非线性为12.60%,迟滞为0.47%,能够满足解调电路拾取压力信号.     

小量程高灵敏度压阻式表压压力传感器的设计北大核心CSCD

针对飞机供氧、液压、环控和燃油等系统故障预测与健康管理(PHM)对小量程压力传感器的重大需求,设计了一种新型梁膜复合结构微电子机械系统(MEMS)压阻式压力传感器,该研究通过小量程、高灵敏度的压力传感器力学机理分析和力学仿真建模,提出一种具有弧形膜和米字梁复合型结构,采用弧形硅杯支撑,通过结构和尺寸的优化设计以及压敏电阻位置的确定,在-2~12 KPa的量程内具有较高的灵敏度和线性度。利用ANSYS软件仿真分析得到设计的压力传感器灵敏度为21.801 mV/KPa,非线性度为0.02%。然后基于MEMS加工工艺设计了SOI表压压力传感器的工艺流程。     

抗高过载低量程加速度传感器

本文介绍了一种适用于高过载，低量程加速度测试的传感器－电容式抗高过载低量程传感。文中主要介绍了传感器的工作原理，该传感器适用于中间弹道和外弹道上弹丸飞行参数的测试，以及颤振，飞行，碰撞试验等场合的参数测试。     

MEMS电容薄膜真空计微电容测量研究进展

MEMS电容薄膜真空计的小型化和整体性能与微电容测量电路密切相关。由于不同领域的应用需求,MEMS电容薄膜真空规管具有不同的敏感电容结构,而相应的微电容测量法也不同。单侧电极微电容测量法电路结构简单,易于实现;双侧电极微电容测量法电路结构较复杂,但该电路可以减小寄生电容及温度的影响而获得高分辨率;静电力平衡式结构下微电容测量法用闭环电路,在高精度测量的同时还能拓宽真空计的动态范围。介绍了测量原理、电路结构及性能,可以看出,具有精度高、功耗低、易集成的特点,能够应用于多种不同类型的MEMS电容式传感器的微小电容测量电路,对今后MEMS应用从航空航天等高精尖领域向人工智能物联网领域的拓展具有重要意义。     

采用环形感压薄膜的MEMS电容薄膜真空规设计

感压薄膜的结构改良能有效改善MEMS电容薄膜真空规的压力-电容输出特性。为解决MEMS电容薄膜真空规宽量程与高灵敏度相矛盾的问题,设计一种环形结构的感压薄膜,利用有限元的方法分析对比5种环形结构的感压薄膜在不同压力下的变形与应力分布情况。分析认为,同心圆结构的感压薄膜具有最优异的性能,同等感测面积情况下真空规的压力-电容线性输出测量上限能从圆片结构的1.1×103 Pa延伸到同心圆结构的1.2×104 Pa,圆片结构感压薄膜的真空规在1～800 Pa区间内的压力-电容输出非线性度为3.9%,灵敏度为10.1 fF·Pa–1;同心圆结构感压薄膜的真空规结构在1～8 000 Pa区间内的非线性度为3.6%,灵敏度为1.3 fF·Pa–1。     

与CMOS兼容的MEMS气压传感器工艺实现与性能分析

采用CMOS标准工艺,同时采用三种典型MEMS后处理关键工艺,重点通过对牺牲层释放工艺进行研究,制作实现了一种新型CMOS兼容的电容式气压传感器．在该传感器结构中,作为牺牲层的是在CMOS工艺中形成的掺硼氧化硅．通过释放使电容上电极悬空从而感应气压变化．释放过程采用氢氟酸HF、氯化铵、甘油和水的混合溶液．由于释放孔大小和释放孔间距的设计十分关键,通过实验验证优化了4μm×4μm的释放孔更适用于此传感器结构,并对此结构进行了性能分析与实验测试．结果表明,该气压传感器结构合理,工艺成功,重点解决了MEMS后处理中的牺牲层释放工艺与CMOS标准工艺的兼容问题,为利用CMOS标准工艺进行MEMS传感器的研制做出了有益的尝试．     

小口径火炮弹底压力测试系统抗高过载研究

针对小口径火炮的高过载环境和狭小测试空间可能导致弹底压力测试系统芯片失效,导线以及焊点脱落和断裂的问题,开展弹底压力测试系统抗高过载研究。建立了芯片失效和测试仪器隔离缓冲机理模型,研究了芯片不同安装方向的抗高过载性能,以及不同缓冲材料的抗高过载性能,得出了芯片抗过载能力与安装方向的关系,以及不同缓冲材料的抗过载性能的差异;在此基础上提出了环氧树脂真空灌封方法,解决了测试仪在高过载环境下导线以及焊点脱落和断裂的问题;最后通过实弹测试验证了弹底压力测试系统的存活性和可靠性。研究结果对小口径火炮弹底压力测试系统的设计具有重要意义。     

第六讲：真空测量

第六讲：真空测量刘玉岱（东北大学）二、全压力测量７．电容式薄膜真空计（上接１９９７第２期）根据弹性薄膜在压差作用下产生应变而引起电容变化的原理制成的真空计称为电容式薄膜真空计，它由电容式薄膜规管（又称为电容式压力传感器）和测量仪器两部分组成。根据测量...     

基于MEMS的高g值加速度计及在炮弹侵彻双层钢靶试验中的应用

为获取穿甲弹侵彻双层钢靶板过程的高g值冲击过载数据,研制了具有四端全固支的梁岛结构压阻式MEMS的高g值传感加速度计。该加速度计梁根部和端部采用倒角结构,增强了器件强度;采用改进型环氧树脂与不锈钢壳体相结合的强化封装方法,提高了加速度计的抗过载能力;该加速度计与具有特种缓冲结构的高过载电子存储记录器组成了一体化的高过载测试装置。在穿甲弹侵彻双层钢靶的试验中获取了最高峰值达43万g的完整侵彻过程数据,对数据进行截止频率为10kHz低通滤波后得到侵彻第一层钢靶的峰值过载为-83281g,侵彻第二层钢靶的峰值为-115185g。试验结果表明该加速度计是一种理想的高过载测试装置,能为相关工程设计及实践提供重要依据。     

MEMS加速度计的发展趋势研究

基于MEMS新型惯性传感器件的基础理论与结构设计研究,建立基于SOI材料的电容式MEMS加速度计模型理论,并总结出国内外MEMS加速度计的发展趋势,为其进一步研究提供一定的理论依据。     

基于氧化硅隧穿电子源的高压力微型电离真空传感器

微型电离真空传感器在微小空间和特殊范围的压力探测中有着非常重要的应用。然而,之前的微型电离真空传感器存在或体积大或工作电压高或能耗高等缺点。以新型氧化硅隧穿电子源为阴极制备了一种高压力微型电离真空传感器,该传感器结构紧凑、加工简单、体积微小,仅为15 mm×15 mm×2 mm(长×宽×高),工作电压低、探测量程宽、探测压力上限高。实验结果显示,传感器在3.50×10^-2～1.02×10² Pa压力范围内具有很好的线性响应。研究为解决传统电离真空传感器和皮拉尼真空传感器在此压力范围内探测不准确的问题提供了一种可行的方案,有望推动电离真空传感器在更多重要领域应用。     

电容式柔性压力传感器的性能优化原理及研究进展

作为可穿戴电子器件的重要分支，柔性压力传感器在人机交互、健康监测等方面具有广阔的应用前景。随着新型材料与新的器件制备策略的不断开发，柔性压力传感器的力学与电学性能不断被优化以适应不同的应用需求。相较于其他传感器，电容式柔性压力传感器具有灵敏度高、功耗低、响应快的优势。电容式柔性压力传感器的性能优化主要通过改变器件的结构参数来实现，如电极有效正对面积、电极间距、有效介电常数等。主要方法策略包括新型纳米材料的应用、新型微结构设计和新型复合材料的开发。主要优化原理有四种：（1）通过改变电极表面粗糙度来改变电极有效正对面积；（2）在电极或介电层中引入空气层以降低弹性模量；（3）在介电层中引入空气或高介电常数材料来改变有效介电常数；（4）通过复合材料在介电层中形成微电容以改变总体电容变化。在电容式柔性压力传感器的性能优化研究中存在一个共性问题，即高灵敏度与宽检测范围之间总是存在一种制约关系。在一定压力范围内，尤其是低压范围，灵敏度提升往往会使器件较易达到压缩饱和而使检测范围有限，即线性度较差。近年来，研究者们着眼于高灵敏度与宽检测范围之间的制约问题，对介电层的梯度结构设计及混合响应机制进行探索，...     

抗高冲击加速度压力传感器结构设计

本文介绍一种高冲击加速度环境下使用的高压传感器结构设计。包括指标的确定、主要结构特点和加速度灵敏度补偿结构计算等。动、静态标定结果表明,采用“全隔离”抗应变测压结构,解决了600MPa压力传感器耐8×10~4gn高冲击过载问题。     

碳化硅高温压力传感器的研究进展与展望

碳化硅材料由于其优良的电学、机械和化学特性,在开发适用于高温恶劣环境下的压力传感器等领域,有着广阔的应用前景,逐渐为人们所重视。简单介绍了碳化硅的材料特性,阐述了国外碳化硅高温压力传感器的最新发展成果,比较了电容式、压阻式和光学结构压力传感器的结构、特点,总结了我国碳化硅压力传感器发展问题与挑战。     

台阶阵列阴极真空微电子压力传感器研究

本文提出并研究了一种新型台阶阵列阴极真空微电子压力传感器。与平面阵列阴极真空微电子压力传感器相比，该传感器在扩展量程和提高灵敏度方面较大的潜力，作者展示了计算机模拟计算结果和部分实验结果。     

快淬速度和Ce添加对Zr-Ti-V快淬带吸气性能的影响

对于MEMS(Micro-electro-mechanical Systems)芯片器件,特别是单兵作战用的红外热辐射仪等传感器,吸气材料的吸气动力学、吸气热力学等参数对其MEMS芯片的稳定性、安全性、灵敏性和寿命至关重要。以Zr_(0.9)Ti_(0.1)V_2为基体合金,采用快速凝固法和稀土元素Ce合金化法,研究了不同快淬速度和Ce元素的添加对快淬带的微观组织结构和相结构的影响,模拟MEMS器件真空封装工艺条件和真空封装后腔体的环境,测试了Zr_(0.9-x)Ti_(0.1)V_2Ce_x(x=0,0.025、0.05、0.075、0.1)合金快淬带的吸气性能等参数。结果表明,较高的快淬速度和适量Ce的添加能够有效地细化晶粒和减少Zr_(0.9-x)Ti_(0.1)V_2Ce_x快淬带中氧化物相Zr_3V_3O的生成提高吸气材料在制备过程中的抗氧化性。当Ce的含量为0.05时,快淬带具有较好的吸氢性能,可使模拟MEMS器件工作环境的压力达到1×10~(-3)Pa以下。Ce的加入使PCT(压力-组分-温度)曲线的平台更为平坦宽化,固溶氢气的稳定性提高,吸氢量增大。Zr_(0.85)Ti_(0.1)V_2Ce_(0.05)快淬带具有较大的焓变值,与H结合能力强,更易吸氢。根据Van’t Hoff关系外推出快淬带室温下的平台压力在10~(-14)～10~(-13)Pa之间,提高了器件的稳定性。Zr_(0.85)Ti_(0.1)V_2Ce_(0.05)快淬带优良的性能能够满足MEMS器件的应用。     

MEMS型电容薄膜真空计研究进展

目前常用的电容薄膜真空计体积大、重量重,不能满足深空探测、临近空间探索、战略武器、战地医疗等特殊领域的真空测量需求。基于MEMS技术的电容薄膜真空计,能够使传感器、信号处理和控制电路等结构微型化,突破了传统电容薄膜真空计外形及质量限制,具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成化等优点,成为真空测量仪器研究的热点,能更好地满足特殊条件下的真空测量需求。文章对MEMS型电容薄膜真空计的发展现状、技术特点等进行了探讨研究,并对其发展前景提出展望。     

一种新型弹道过载传感器

目的　为了在导弹发射及飞行时的特殊环境条件下 ,精确地测量其发射及飞行中的过载参数 .方法　提出一种新型结构的过载传感器 .结果　在某型号导弹飞行试验中 ,该过载传感器准确测得了其过载参数 .结论　通过实践证明该过载传感器具有良好的实用性能