扩散硅压力传感器长期稳定性提升试验方法研究

扩散硅压力传感器结构简单、集成度高、批量制造兼容性强,是目前MEMS领域研究最多的传感器类型,该类传感器面向航空航天等高端应用的最大技术瓶颈是封装后的传感器长期稳定性,因此相关长期稳定性提升技术已成为学术界和产业界广泛关注的共性关键技术。采用控制变量法和正交试验法,对比评价了疲劳脉动、冷热循环和振动时效三种常用长期稳定性提升技术对扩散硅压力传感器的作用效果。对比试验结果表明,三种技术均可改善扩散硅压力传感器的长期稳定性,且存在较优的环境应力参数组合,使传感器稳定性较试验前提升90%以上。本文的研究成果对各类硅压力传感器的长期稳定性提升具有较好的借鉴意义。     

富士FCX—AⅢ智能压力变送器的特点及应用

综述了智能式压力变送器的发展现状,列举了世界著名厂商最新产品的硬件技术及主要性能.重点介绍了日本富士电机最新研发的FCX-AⅢ系列智能压力变送器的关键技术和特点.通过对硅微电容传感器原理和先进浮动膜盒结构的分析,说明了产品的特性和优势.针对石化行业中的特殊用途,列举了实际应用的案例,有效解决了特殊工况介质测量的问题.     

大量程自激振弦式传感器及相关技术

论述振弦式传感器新数学模型及其应用 ,横式弦传感器弦膜匹配减小滞后 ,弱激发解决频率不一致问题并提高仪器分辨力 ,活塞传压与力变换提高大量程液压传感器与测力传感器的精度和长期稳定性。适用于研制振弦式大量程、高准确度、高分辨力和长期稳定性好的压力和力传感器     

温度自补偿型光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种光纤Bragg光栅（FBG）温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.对传感器灵敏度系数、匹配性等参数进行了理论分析计算.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准和温度自补偿性能实验.实验表明：传感器的输出波长分别与温度和土压力均呈线性关系,压力灵敏度系数为272.19 pm/MPa,输出分辨率为0.36％,线性相关度为99.989％;温度灵敏度系数为21.16 pm/℃,线性相关度99.998％,在0～40℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.     

大量程自激振弦武传感器及相关技术

论述振庇式传感器新数学模型及其应用,横式弦传感器弦膜匹配减小滞后,弱激发解决频率不一致问题并提高仪器分辨力,活塞传压与力变换提高大量程液压传感器与测力传感器的精度和长期稳定性。适用于研制振弦式大量程、高准确度、高分辨力和长期稳定性好的压力和力传感器。     

焊接结构光纤Bragg光栅土压力传感器设计

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种焊接结构双膜片光纤Bragg光栅(FBG)温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量.传感器主要由2个膜片与基体组成,膜片与光栅固定柱一次成型,便于加工封装.对传感器灵敏度系数进行了计算分析.根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准及温度自补偿性能实验.实验结果表明:传感器的输出波长分别与温度和压力呈线性关系,压力灵敏度系数为528.1 pm/MPa,输出分辨率为0.19%,线性相关度99.988%;在5~45℃内温度灵敏度系数为31.9 pm/℃,线性相关度99.998%,传感器在5~45℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求.     

应变式负荷传感器补偿方法的研究

针对负荷传感器出口以及大批量应用中存在的标准化及长期稳定性等问题,研究了应变式负荷传感器的补偿方法,设计了标准化补偿电路。应变式负荷传感器的输入/输出阻抗、额定输出、零点输出温度影响与额定输出温度影响均从0.05级以下提高到0.02级,标准化满足同型号完全互换和出口的要求,长期稳定性也得到了显著提高。     

一种新型薄膜压磁电感式压力传感器的研究

为提高压力传感器温度稳定性,对一种利用Fe基非晶态合金压磁效应的薄膜压力传感器进行了可行性研究.论述了这种传感器的结构、工作原理、输出特性以及主要参数的选择.通过负压标定试验,分析了传感器的静态特性以及温度对输出的影响.试验结果表明,设计的传感器最大静态误差为1.17%,最大灵敏度为0.737 4 mV/ kPa,温度零点漂移为0 936%F.S/℃.另外,传感器结构简单,工作可靠,在低压力检测时,温度稳定性高.     

传感器影响可燃气体报警器长期稳定性及产生误报的原因分析

概述了影响报警产品性能的两大原因-电路和气体传感器,其中气体传感器部分是影响质量的关键。以半导体传感器为例,分析了可燃气体报警器在正常使用环境下经常发生误报警及使用一段时间后不报警的原因,并采取了相应的措施—通过对传感器增加干扰气体过滤帽把主要影响报警器误报的乙醇等气体滤除掉,并尽可能远离含硅物质以保证传感器的长期稳定性。根据对不同质量传感器在各种气体环境下的试验数据及特性曲线分析,论述了传感器对报警产品的可靠性及长期稳定性的影响,并针对报警器的误报问题提出相应的解决方法。     

Analysis of reasons why gas sensors influence long-term stability of flammable gas alarms and produce false alarm

概述了影响报警产品性能的两大原因-电路和气体传感器,其中气体传感器部分是影响质量的关键.以半导体传感器为例,分析了可燃气体报警器在正常使用环境下经常发生误报警及使用一段时间后不报警的原因,并采取了相应的措施—通过对传感器增加干扰气体过滤帽把主要影响报警器误报的乙醇等气体滤除掉,并尽可能远离含硅物质以保证传感器的长期稳定性.根据对不同质量传感器在各种气体环境下的试验数据及特性曲线分析,论述了传感器对报警产品的可靠性及长期稳定性的影响,并针对报警器的误报问题提出相应的解决方法.     

基于模型识别技术的高温微型压力传感器

高温压力传感器应用在很多领域,由于高温将使放大电路工作失效,因而采用将放大电路与传感器件分离的设计方案是解决高温测量的方法之一。介绍一种将放大电路与传感器件分离的基于模型识别技术的微型电容式压力传感器。传感器件由MEMS工艺来实现,信号激励与信号处理由计算机来完成。对电路的工作过程进行了计算机仿真和试验,并给出了微型高温压力传感器的MEMS工艺设计流程。     

MEMS机油压力传感器设计

由于汽车应用环境相当恶劣,对机油压力传感器的可靠性要求很高。采用波纹膜片隔离技术设计了一种新型的MEMS机油压力传感器。分析了波纹膜片、充油腔体结构及硅油对压力传感器性能的影响。理论和实验结果指出,合理的设计波纹结构、充油腔体结构、减小腔体体积及净化好硅油是获得高性能机油压力传感器的关键.研制的传感器在温度为-40—125℃,量程为0．6MPa的工作条件下,测量精度优于1．5％。     

基于MEMS器件的电子罗盘系统设计

研究了一种基于MEMS加速度传感器、三轴磁阻传感器和MSP430F169单片机的数字电子罗盘测量系统。介绍了航向的测量原理、航向角表达式以及系统的整体框架,重点阐述了系统的硬件电路设计和误差补偿方法,使罗盘系统精度最大误差从41.5°提高到了1.5°左右。     

MEMS硅铝异质结构压力传感器的设计制作与测试研究

金属半导体异质混合结构是一种特殊的压阻结构,其具有高于传统MEMS压阻式压力传感器的压阻性能.鉴于此,设计和研究了一种由掺杂单晶硅和金属铝混合形成的MEMS异质结构压力传感器.首先结合理论模型和ANSYS有限元模拟仿真分析了硅铝异质结构传感器的灵敏度特性,然后通过MEMS工艺制作了硅铝异质结构压力传感器芯片,并对其进行了封装与测试.实验结果表明,硅铝异质结构压力传感器的灵敏度可达到0.1168 mV/(V·kPa),而利用参考结构能够明显减小环境温度对其性能的影响.在此基础之上,本文采用基于遗传算法改进的小波神经网络对传感器的温度漂移和非线性误差进行了补偿,补偿后硅铝异质结构压力传感器的测量误差小于±1.5％FS.     

基于ARMA建模的MEMS陀螺随机误差补偿改进算法研究

基于MEMS技术生产的MEMS器件,具有体积小、重量轻、成本低、耐冲击性、高可靠性等特点,它被广泛应用于动态水平测量装置当中。但是由于外界环境的干扰,MEMS器件的测量精度一直难以达到实际应用水平。分析了在动态水平测量当中影响MEMS器件测量精度的各种因素之后,提出了一种基于ARMA模型的针对MEMS陀螺器件随机误差补偿的改进型算法。以某型号的陀螺的随机误差为研究对象进行实验验证,结果表明,MEMS陀螺的测量精度在滤波之后有了明显的提高。经过改进后的卡尔曼滤波器和引入自适应渐消因子的卡尔曼滤波器,在静态环境下,它们的误差标准差分别降为原始误差的3.75%和4.8%,动态环境下的滤波精度也得到有效提高。证明该方法是可行的和有效的,具有较大的工程实践意义。     

CMOS integrated elliptic diaphragm capacitive pressure sensor in SiGe MEMS

A novel CMOS integrated Micro-Electro-Mechanical capacitive pressure sensor in SiGe MEMS (Silicon Germanium Micro-Electro-Mechanical System) process is designed and analyzed. Excellent mechanical stress–strain behavior of Polycrystalline Silicon Germanium (Poly-SiGe) is utilized effectively in this MEMS design to characterize the structure of the pressure sensor diaphragm element. The edge clamped elliptic structured diaphragm uses semi-major axis clamp springs to yield high sensitivity, wide dynamic range and good linearity. Integrated on-chip signal conditioning circuit in 0.18 μm TSMC CMOS process (forming the host substrate base for the SiGe MEMS) is also implemented to achieve a high overall gain of 102 dB for the MEMS sensor. A high sensitivity of 0.17 mV/hPa (@1.4 V supply), with a non linearity of around 1 % is achieved for the full scale range of applied pressure load. The diaphragm with a wide dynamic range of 100–1,000 hPa stacked on top of the CMOS circuitry, effectively reduces the combined sensor and conditioning implementation area of the intelligent sensor chip.     

三维MEMS加速度计的性能测试方法与分析

文章针对一种三维MEMS加速度计,提出了三维加速度计的测试方法,并根据测试结果对此加速度计进行了性能分析。通过对其设计原理和内部结构的描述,指出该型MEMS加速度计的结构优点及性能特点。针对该加速度计,作者设计了测试装置,制作了测试电路,并在文章中详细描述了测试原理及整个测试过程。分别在三个方向上,对此三维MEMS加速度计进行了多次对比测试,同时采集包括标准加速度计输出和MEMS加速度计三向输出在内的四路信号,以便进行冲击方向上两加速度计的横向对比和三向MEMS加速度计的轴间耦合分析。测试结果表明,此测试方法和装置是可靠有效的,且具有一定的通用性可用于其它类似传感器的测试分析中。     

灌封技术对MEMS高g加速度传感器性能影响研究

针对恶劣环境下高频信号的干扰与由封装引起的结构失效,设计了一种MEMS高g加速度传感器,通过灌封实现机械滤波,保证封装的可靠性。根据传感器封装工艺,利用ANSYS软件建立有限元模型,仿真分析了灌封技术对传感器结构和性能。结果表明：灌封技术可提高传感器的高过载能力和输出灵敏度,灌封弹性模量相对较大、密度相对较小的灌封胶可提高传感器的高过载能力和灵敏度。     

燃气轮机专用高温温度传感器

基于燃气轮机高温温度测量与控制,研制了一种燃气轮机专用高温温度传感器。该传感器采用测量范围宽的热电偶为感温元件,具有响应速度快、性能稳定、抗振动、耐冲击、工作寿命长、成品率高、适合于批量生产等特点。它不仅可用于军用装备中,也可用于移动电站、石油平台、矿山、化工及地下工程等领域。     

用三维MEMS力学量传感器对涌浪微观形态测量的研究

涌浪的形态对舰船驾驶航行、渔业生产、海洋作业和堤坝设施等具有很大的影响.对海浪的形态研究在军事、水上交通、海洋工业、渔业和民生方面都具有特殊的意义.MEMS力学量传感器是一种环境适应能力极强的微机电器件,用三维MEMS力学量传感器可以测量动态质点的速度、加速度、摆角和倾角等参数.通过三维MEMS力学量传感器的三维参数测量和分解可以得到涌浪质点的实时运动速度和运动轨迹数据,从而为涌浪的微观形态研究提供了依据.MEMS力学量传感器具有体积小、重量轻和输出灵敏度高等特点,特别适合于对海浪实时形态的研究.