陶瓷微板热隔离气体传感器阵列热干扰分析

热干扰特性是影响微热板气体传感器阵列热结构设计的重要因素之一。为探讨微热板阵列传感器单元之间的热力学特性关系,设计并制备了具有独立式加热功能的热隔离结构4单元微热板气体阵列,传感器阵列单元由Al N陶瓷衬底、Pt膜电极组成,为提高加热效率,阵列单元中间加热区采用激光微加工刻蚀热隔离通孔设计,与边缘形成微梁连接结构。利用有限元法对传感器阵列结构进行了热干扰仿真分析,验证了热隔离结构设计的合理性。给出了4种热干扰测试模式,并进行了热干扰特性测试分析,给出了4单元之间的热干扰规律曲线,得出传感器单元功耗300m W时最大干扰温度达169.6℃,最小热干扰温度84.7℃。热隔离通孔设计可有效降低传感器单元热传导损耗,热干扰分析对微热板传感器阵列的热结构设计具有重要意义。     

低热导率衬底的热风速风向传感器研究

为了提高热风速风向传感器灵敏度,提出了采用低热导率衬底的方法,并利用有限元模拟和实验结果进行了验证.本文设计的传感器采用圆形结构的加热与测温电阻,利用热温差的方法测量风速和风向.为了验证传感器衬底对风速灵敏度的影响,本文分别在玻璃和陶瓷衬底上利用MEMS剥离工艺加工出了热风速传感器,并进行了风洞测试.实验结果表明,两个传感器均可以完成360°风向检测,风速量程超过10 m/s.此外,通过对两组测量结果的比较可以发现玻璃衬底传感器的灵敏度比陶瓷衬底高,这与有限元模拟结果完全吻合.     

采用CTD控制电路的二维CMOS风速计研究

介绍了一种二维硅热流量传感器,通过恒温差(CTD)控制模式,能同时测量风速和风向.使用四个串连的热堆测量芯片中心区域的平均温度,这种测温的方法非常简单新颖.在简单介绍CMOS硅热流量传感器的工作原理之后,主要介绍CTD驱动电路.经过风洞测试,该传感器能够测量风速0～23m/s,具有良好的线性度,并且360°方向敏感.     

采用芯片直接安装技术封装的风速风向传感器

提出一种采用芯片直接安装(Direct chip attach,DCA)技术封装的风速风向传感器的设计,制备和测试结果.该传感器采用圆形结构,利用热温差的方法测量二维风速和风向.其利用两步金属剥离工艺直接将在感风陶瓷基板上芯片制作出传感器芯片,利用封装胶将优质芯片倒贴在打孔印制电路板上并进行引线键合,用绝热封装胶对芯片进行封包,形成最终的封装.对封装后的传感器芯片进行风洞测试,传感器可以完成360o风向检测,风速量程为6 m/s.     

带风向识别的风速传感技术研究

为了提高矿井风速监测和控制水平,研究了一种基于热膜式原理的高精度风速传感器,为满足矿井救灾时需明确风向需求,设计了风向的正、反方向识别功能,同时为提高风速传感器可靠性水平,采用了冗余设计的思想增加了风速敏感膜贮备系统,风速传感器采用恒温式工作原理,测量范围0.2～15m/s,具有动态特性好、测量精度高、可靠稳定的特点.     

基于微控制器的风速风向传感器系统设计

提出了一种基于惠斯通全桥电路的热式风速风向传感器系统设计方案.传感器芯片结构利用ANSYS软件进行了热学和电学的耦合仿真,并进行了结构优化.芯片采用剥离工艺在陶瓷衬底上加工而成,利用直接安装技术对传感器进行封装.系统采用恒温差工作原理进行控制,热温差工作原理测量风速和风向.系统中微控制器集成的电流型D/A对传感器恒温差控制模式的初始状态进行设定,同时补偿环境温度的变化造成的输出信号的漂移,使得系统的工作温度扩展到-40～60 ℃.热温差检测模式利用位于片上的8个温敏元件构成两路惠斯通全桥电路连接,这种设计在保证灵敏度的同时提高了其测量范围.本系统的微控制器集成了大量模拟和数字模块,减少片外元件使用量,大幅缩小系统体积,同时能够提高测量系统的测量精度及可靠性.通过风洞测试表明,该系统能够完成360o风向检测,精度达到3°,风速的检测范围达到35 m/s.     

一种小量程风速风向传感器的设计

设计了一种基于微机械加工技术的风速风向传感器,传感器由四个相互正交的电容器构成,每个电容器包括可动极板和固定极板,此结构将风速和风向信息转换为可动极板的位移,通过测量四个电容器的电容来检测风速和风向。基于流体力学原理对传感器进行了分析,理论计算了传感器的输出电容和风速风向之间的变化关系,为传感器设计了一套基于MEMS的加工工艺流程。     

陶瓷微热板阵列式可燃气体传感器

设计了基于陶瓷基底的悬桥式微热板结构以解决硅微热板高温稳定性差的问题。分析了微热板的传热过程,并通过有限元工具对其稳态热响应特性及微加热器电极结构进行了模拟。采用常规微电子技术结合激光微加工技术,实际制作了基底厚度为100μm,桥宽度为2mm的微结构,并对结构的加热功率-温度关系进行了测试。结果表明:热板具有较好的高温稳定性,1.5W加热功率可使板上平均温度达到630℃。将桥式微热板作为阵列传感器的加热平台,Pd掺杂原子数百分比为0.2%和10%的SnO2纳米材料分别作为阵列中两只传感器的敏感膜材料,设计并制作了阵列式气体传感器。传感器在恒电压加热方式下可实现CO或CH4单一模式气体检测;阵列传感器在高、低温脉冲电压加热模式下可实现对CO和CH4两种混合气体的定量检测。     

基于单片机的风向风速传感器防冻装置设计

高海拔地区冬季由于冻雨常会造成风向风速传感器被冻结,导致探测数据的缺测。基于单片机的强大功能,文章设计制作了一种可对风向风速进行自动加热的防冻装置,整个装置以单片机为核心控制器,主要包括单片机控制电路、继电器驱动电路、温度采集电路,电热丝控制电路、温度显示电路等模块。通过模拟试验与现场实测,证明该系统运行可靠,有效解决了冬季风向风速传感器被冻结的问题。     

陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现

具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题,要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设计。基于Al N陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计,采用耐腐蚀的Al N陶瓷为衬底,物理化学性能稳定的Pt膜作为信号和加热器电极,经杂化修饰的In-Nb复合半导体氧化物为敏感材料,结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺,制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性,进行了有限元热仿真分析,优化了设计结构。经静态气敏测试分析,传感器阵列对浓度体积比500×10~(-6)的Cl_2和100×10~(-6)的NO_2两种气体的气敏响应时间分别为30 s和60 s左右,灵敏度最高分别为275倍和4倍,且在0~500×10~(-6)和0~100×10~(-6)检测范围均具有良好的气敏特性,对Cl_2等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。