应力隔离法在蓝宝石压力传感器结构设计中的应用

对硅-蓝宝石硅压力传感器C型弹性膜片接头结构和E型弹性膜片接头结构进行建模分析,优化设计应力隔离槽结构,并应用于硅-蓝宝石压力传感器一体化设计的弹性膜片与接头结构.较好地解决了硅-蓝宝石压力传感器的零点输出、满量程输出在不对称安装应力下产生偏移,影响传感器的测量精度的问题,使传感器的安全性、可靠性进一步提高,优化结构后的传感器在航天领域具有广泛的应用.     

基于牺牲层技术的高过载压力传感器芯片

提出了一种基于牺牲层技术的高过载压力传感器芯片。这种传感器充分利用了多晶硅机械特性和多晶硅纳米膜的压阻特性优势,提高了传感器满量程输出和过载能力。利用有限元方法设计了仿真模型,通过对弹性膜片应力分布的静态分析和非线性接触分析,给出了提高这种压力传感器满量程输出和过载能力的设计方法。并试制了量程为2.5 MPa的传感器芯片样品。测试结果表明样品的过载压力超过7倍量程,5 V供电条件下,满量程输出达到362 m V。     

硅膜片电容压力传感器CAD

本文用数值方法计算C型和E型硅膜片电容压力传感器的输入、输出关系及性能指标,给出了能减少非线性误差的新的电极形状。     

宽温区工作压力传感器热力学研究

介绍了硅-蓝宝石压力传感器的钛合金-蓝宝石复合弹性膜片在宽温区工作时温度变化材料不匹配引起的结构热应力,对弹性膜片的受热情况进行了分析,对不同结构形式传感器热稳定性影响程度进行了对比,利用P型掺杂硅温度特性减少结构热应力影响、降低传感器的热零点漂移.通过膜片结构选择和设计、材料选择、工艺优化和控制等可以使硅-蓝宝石压力传感器在-55~350℃宽温度范围内工作时热漂移不大于0.015%FS/℃,提高了宽温区工作时传感器的热稳定性.     

硅压力传感器的灵敏度和非线性分析

灵敏度和非线性是表征硅压阻式压力传感器性能的两个最重要参数,这是压力传感器的设计目标.最初出现的硅压阻式压力传感器都采用圆形均厚膜设计,但由于膜片本身     

微传感器和执行器的计算机模拟技术

介绍了计算机模拟技术在微传感器和微执行器设计中的应用 ,通过对多晶硅压力传感器和微泵膜片的计算机模拟分析 ,优化了器件的结构设计。研究工作表明计算机模拟是微传感器和微执行器设计的有效工具     

高精度无油封压力传感器设计

设计了一种新的传感器封装方法。该方法采用双膜片结构,无油封装。压力膜片为硅-蓝宝石材料,通过硅的压阻效应,利用下膜片实现压力传递,上膜片的惠斯登电桥将感受的压力转换为电压信号。经过温度补偿,使热漂移信号大幅度降低。试验结果表明:在常温条件下,传感器准确度为0.14%FS。在-55~200℃范围内,热零点漂移为0.48×10-3%FS/℃,热灵敏度漂移为0.61×10-3%FS/℃。     

压力传感器封装中波纹膜片的结构优化

对压力传感器隔离封装中的关键部件——波纹膜片,采用有限元分析的方法,分别得到了2,4,6个波纹的膜片的弹性特性,并根据封装要求选择了6波纹的膜片。通过比较不同波数的膜片对压力传感器输出信号的影响,验证了膜片结构优化的正确性。最后,使用6波纹的膜片进行封装,得到了性能稳定的压力传感器,并测试得到了其主要的静态参数。     

一种冲击加速度传感器的研究

本文介绍一种周边固支圆形膜片硅压阻式冲击加速度计的工作原理和结构,以及硅膜片尺寸与传感器输出的计算关系,冲击加速度传感器的电阻设计,及其器件的制作工艺流程。通过冲击试验,证明了该加速度传感器在高加速度作用下的实用性。     

一种大量程压力传感器的结构优化设计与仿真分析

设计了一种大量程硅压阻式压力传感器,通过理论模型分析优化传感器结构尺寸,保证薄膜的线性变化和抗过载能力;并通过有限元建模分析可动薄膜位移及应力随压力变化关系,对结构进行优化设计;同时用有限元仿真验证理论分析的正确性.通过理论与仿真优化分析,提出了采用C型膜片一体化硅压阻式压力传感器结构,可动薄膜选用方膜边长为1000μm,厚度为50μm,实现0~2 MPa的压力测量.     

A novel high sensitive MEMS intraocular capacitive pressure sensor

This paper presents a novel high sensitive MEMS capacitive pressure sensor that can be used as a part of LC tank implant circuit for biomedical applications. The pressure sensor has been designed to measure pressures in the range of 0–60 mmHg that is in the range of intraocular pressure sensors. Intraocular pressure sensors are important in detection and treatment of an incurable disease called glaucoma. In this paper two methods are presented to improve the sensitivity of the capacitive pressure sensor. First low stress doped polysilicon material is used as a biocompatible material instead of p++silicon in previous work (Gu in Microfabrication of an intraocular pressure sensor, M.Sc Thesis, Michigan State University, Department of Electrical and Computer Engineering, 2005) and then some slots are added to the poly Si diaphragm. The novelty of this research relies on adding some slots on the sensor diaphragm to reduce the effect of residual stress and stiffness of diaphragm. The slotted diaphragm makes capacitive pressure sensor more sensitive that is more suitable for measuring intraocular pressure. The results yield a sensor sensitivity of 1.811 × 10^?5 for p++silicon clamped, 2.464 × 10^?5 1/Pa for polysilicon clamped and 1.13 × 10^?4 1/Pa for polysilicon slotted diaphragm. It can be seen that the sensitivity of the sensor with slotted poly Si diaphragm increased 6.2 times compared with previous work (clamped p++silicon diaphragm).     

氮化硅薄膜传感器的平面加工工艺研究

介绍一种以氮化硅薄膜为压力敏感膜、多晶硅为电阻应变计的压力传感器。该压力传感器先后采用2种不同的平面加工工艺进行加工,实际结果表明:改进后的工艺比较好。通过采用对称分布在一个敏感膜上的4只多晶硅电阻应变计串联组成惠斯通电桥的一个桥臂,减少桥臂电阻的制作误差。制作传感器样品并对传感器的电压输出特性进行了测试。测试结果表明:恒流激励的传感器的电压输出特性非常好,传感器具有过载保护功能。     

蓝宝石高温光纤压力传感器的设计与仿真

针对高温环境下压力测量需求,提出采用蓝宝石材料来构造适用于特殊环境下的光纤高温法珀压力传感器。基于圆形膜片压力敏感原理设计了传感器敏感单元结构尺寸,通过Comsol有限元软件建立了敏感单元模型,对敏感膜片的表面位移及应力分布情况进行了仿真,验证了传感器设计的可靠性;同时分析了传感器的温敏效应,结果表明随温度升高,传感器的灵敏度会增大,会对压力测量产生误差,约为1.51kPa/℃,上述结果为蓝宝石高温压力传感器的结构和性能优化设计提供了有效指导。     

自力式微压控制器的研制和应用

自力式微压控制器是为高精确度、小量程压力测量传感器能够在承受高压的设备上进行低压在线测量而研制的一种新型控制装置.此控制器采用调节弹簧和缓冲弹簧以及膜片式传感机构与低摩擦力的切断阀组合,实现了在最高压力达20MPa的设备上自动切断或打开的功能.实验及试用结果表明,自力式微压控制器使用方便、感应精度高、密封效果好,扩大了高精确度、小量程压力仪表的实际使用场合.     

压阻式金刚石压力传感器的优化设计

介绍了一种新型金刚石高温压力传感器的优化设计方法。采用薄板弯曲理论研究了均匀载荷作用下多晶金刚石方膜在小挠度和大挠度下的应变分布情况。对设计时应当考虑的主要问题包括金刚石力敏电阻条的掺杂浓度，电桥的形式，电阻条在膜片上的分布以及电阻条的有效长度和形状等进行了讨论。利用模拟程序确定了力敏电阻条的最优有效长度，分析了敏感膜片厚度，方块电阻等因素对电阻条有效长度和输出响应的影响。     

一种基于多铁压电纳米纤维压力传感器设计

设计了一种基于静电纺丝技术制备的多铁压电纳米纤维微压力传感器结构,对其工作原理做出了理论分析。近似平行排列的纳米纤维沉积到叉指电极上,电极材料生长于硅基底方形弹性膜片上表面,用小挠度理论设计计算了方膜结构,并对固支结构的纤维进行了力学分析。由纤维压电效应计算出传感器输出电压,并对传感器的结构尺寸进行比较分析,以提高传感器输出电压。     

Silicon strain sensitive unijunction transistor with controlling p–n-junction

Theoretical studies of a silicon integral pressure transducer characteristics are made. The sensitive element of the transducer is a strain sensitive controlled unijunction transistor (SSCUJT) with controlling p–n-junction. The transistor has horizontal structure and could be considered as combination of p–n–p bipolar and n⁺–p–n⁺ unijunction transistors. The unijunction transistor is integrated in the planar side of the silicon square-shaped diaphragm with two rigid islands (the EE-type diaphragm). Using Green’s function formalism characteristics of the pressure transducer are investigated and the optimal topology of the sensitive element is determined. It has been shown that high sensitive pressure sensors with frequency output could be created on base of the unijunction transistors.     

Polysilicon strain-gauge transducers

Strain-gauge transducers with polysilicon resistors can be used successfully in various sensors. They have some advantages in comparison to monocrystalline silicon strain-gauge transducers. However, not enough information is available for the qualitative design of such transducers. The theoretical principles of the temperature dependence of the output signal for a constant supply voltage and constant supply current are described. A polysilicon strain-gauge transducer with a square diaphragm fabricated on the discussed principles is reported. It has an operating temperature range of −190- +300 °C, and weak temperature dependence of the output signal.