便携式呼吸机用微压传感器

为战场救护用的便携式呼吸机开发了一种量程为2kPa的小型微压传感器．为减小尺寸及冲击振动的影响，采用了微机械加工的方形平膜结构和梁膜复合结构。两种设计均能满足使用的要求．     

复合梁加速度计的设计

为了解决现有侵彻环境下高g加速度传感器因过载失效的问题,提出了一种复合梁双框架结构的高g压阻加速度计。对复合梁结构和传统结构的频率、应力、位移进行了分析和比较,复合梁加速度计具有更宽的频率响应范围和更好的抗冲击性能。根据设计的结构对复合梁加速度计的加工工艺进行了研究,为进一步的结构设计优化以及后续的加工提供了有价值的参考依据。     

一种航空配套微压传感器芯片设计及制备

针对航空领域微小压力测量需求,介绍了一种沟槽梁膜复合结构压力芯片的设计和制备方法。设计的压力芯片解决了传统硅压阻压力传感器灵敏度与线性度的固有矛盾,通过有限元分析可动膜片应力应变输出,并结合曲线拟合分析,提出了一种优化芯片可动膜片结构尺寸的设计方法。利用MEMS加工工艺,实现了沟槽梁膜双重应力集中结构压力芯片的制备。在量程0~1 psi范围内,传感器灵敏度30.9 mV/V/psi,非线性误差0.25%FS,综合精度0.34%FS,实现了灵敏度和线性度的同步提高,满足了飞行器高度、风洞测试等领域的微压测试需求。     

一种MEMS高g_n值加速度传感器的结构设计与仿真

高gn值加速度传感器在侵彻武器等领域受到广泛应用,对量程、灵敏度、固有频率等指标也提出了更高的要求。设计了一种MEMS高gn值加速度传感器,在传统梁—岛结构加速度传感器的基础上进行了改进,采用主微梁互补结构在提高固有频率、量程的同时,提高了灵敏度。在梁的末端提出了新式的延伸梁结构设计,大大减小了集中应力的现象,提高了结构的抗过载能力。利用ANSYS有限元分析软件,对该加速度传感器进行了静态、模态和瞬态分析。经仿真验证,该MEMS高gn值加速度传感器的各项指标均满足要求,具有明显的优越性。     

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MEMS工艺的压阻式湿度传感器的设计制作

提出用硅-硅直接键合的SOI片制作压阻式湿度传感器.它是利用涂覆在硅膜上聚酰亚胺膜吸湿发生膨胀,导致双膜结构发生弯曲产生应力的原理进行工作的.为了确定传感器结构、优化尺寸,采用ANSYS软件进行了模拟计算、设计了MEMS湿度传感器的制造工艺,对制作的微湿度传感器进行了测试,其灵敏度为0.21 mV%RH,最大湿滞为8%RH.     

MEMS氮化钛谐振式压力传感器研究

提出了一种基于TiN双谐振梁结构的MEMS谐振式压力传感器,利用TiN谐振梁的谐振频率与被测压力的关系进行压力测量。针对传感器的敏感结构建立了数学模型,通过理论分析和ANSYS有限元软件的模拟,得出了谐振梁长度的变化范围和谐振梁的结构参数,并确定了TiN谐振梁在矩形压力膜上方的最佳位置。这对传感器的结构设计具有重要的指导意义。     

基于SOI技术梁膜结合高过载压阻式加速度计研究

采用微型机械电子系统技术和集成电路工艺制作出了SOI技术高灵敏度的硅微固态压阻平膜芯片;通过动力学分析和有限元模拟,研制出了具有高过载保护功能的加速度传感器结构;通过玻璃粉烧结工艺将其键合在弹性梁的应力集中处,研制出量程为±2000 g、过载能力为30倍满量程的高过载梁膜结合压阻式加速度计.加速度计具有较高的测量灵敏度和精度,满量程输出为126.97 mV/2V,静态精度为0.86%FS.     

热激励谐振式硅微结构压力传感器

对一种以方形硅膜片作为一次敏感元件;硅梁作为二次敏感元件的硅谐振式压力微传感器进行了研究:建立了微传感器敏感结构的数学模型;敏感结构参数:方形膜边长4 mm,膜厚0.1 mm,梁谐振子长1.3 mm,宽0.08 mm,厚0.007 mm;对原理实验样件采用电热激励、压阻拾振方式作了开环测试,讨论了传感器的闭环系统.     

八梁硅微加速度传感器横向灵敏度的研究

一般的压阻式硅微加速度传感器结构多采用悬臂梁加质量块的形式,这种结构的传感器有很高的灵敏度,但它会产生很高的横向效应.文中介绍一种八梁结构的三轴加速度传感器,通过用ANSYS有限元分析软件仿真计算,说明该结构的加速度传感器具有很小的横向效应.     

Field在烟囱结构分析中的应用

化工行业的烟囱一般高达数十米,在设计时必须考虑风压载荷.结构表面的风压载荷在空间上连续变化分布,这一特点使得模拟载荷分布较困难,Patran中的Field模块具备强大的描述变量在时空上分布的功能,使得困难迎刃而解.以某沿海企业烟囱为研究对象,采用Field对不同工况下的烟囱及附属钢结构加载风压载荷并进行受力分析,同时对极限风载工况下的受力情况校核.实例表明Field模块在处理复杂载荷加载方面简单易用且可靠.     

体育馆大跨屋盖空间风振分析

采用高效的完全背景响应法与共振分量法,结合有限元法对某体育馆大跨屋盖进行较为准确的空间风振分析. 在屋盖同步风洞试验的基础上,按空间随机风振分析方法考虑多个振型的影响,计算3个风向下屋盖各节点的静力等效风载荷和最大动位移以及杆件最大动内力,并给出位移和应力两个风振因数,为结构的抗风设计提供风载荷数据. 数值计算结果证明完全背景响应方法与共振分量法在工程应用上的可行性,可为同类屋盖的风振分析提供参考.     

基于旁路结构的磁弹效应索力传感器研究

针对磁弹效应索力传感器工程应用安装与维护技术难题,提出了一种旁路结构的磁弹性索力传感器。应用磁路定律和等效磁路法,对套筒式结构传感器进行磁路系统分析;基于等效磁路原理,设计旁路式结构索力传感器,给出器件结构参数尺寸;搭建相应的传感器试验检测系统,在WDW-300拉伸试验机上对两种传感器进行磁电复合材料诱导电压与拉力比较试验。对旁路结构索力传感器进行抗温性试验研究。结果表明,旁路结构索力传感器检测精度高,重复误差0.02%~0.5%,传感器性能稳定性和温度适应性好,适合于大跨度桥梁结构健康检测的工程应用。     

某超高层结构受相邻干扰体影响的数值风洞模拟

为分析上、下游干扰体对超高层结构风载荷的影响,以452 m超高层塔楼为例,将风载荷作为控制载荷分别建立单塔以及有相邻315 m超高层干扰体的数值风洞模型;分析单塔以及干扰体分别在塔楼风向上游和下游3种计算工况,得出各自的风场流线图和塔楼风载荷体型因数.结果表明,干扰体对塔楼风载荷的干扰效应不仅在315 m高度范围内存在,在此高度之上也有比较明显的干扰效应;干扰体对塔楼主要立面的风载荷的影响有较强的规律性.     

MEMS压力传感器在义齿力学性能研究中的应用

给出一种用于义齿压力测量的微型电容式传感器的研制工艺和封装测试。文中根据电容式压力传感器的原理,采用MEMS工艺,研制出微型传感器。在与义齿基托相同材料的作底基的树脂上挖一个边长为2mm平整的方形小坑,将传感器分布式埋植入底基,并用自制的施加压力的装置对传感器进行测试,从而检测出压力对口腔下方组织的作用力。测量结果表明,该传感器能够准备地测量出当牙齿咬合时,义齿基托所承受的力和力的分布。该传感器性能良好,具有比较稳定的输入与输出关系,适用于口腔恶劣环境下测量义齿对口腔下方组织作用力。     

Flexible integration of MEMS and IC for low-cost production of wireless sensor nodes

In this paper, we proposed a flexible process for size-free MEMS and IC integration with high efficiency for MEMS ubiquitous applications in wireless sensor network. In this approach, MEMS and IC can be fabricated individually by different wafers. MEMS and IC known-good-dies (KGD) are temporarily bonded onto carrier wafer with rapid and high-accurate self-alignment by using fine pattern of hydrophobic surface assembled monolayer and capillary force of H₂O; and then KGD are de-bonded from carrier wafer and transferred to target wafer by wafer level permanent bonding with plasma surface activation to reduce bonding temperature and load force. By applying above 2-step process, size of both wafer and chip could be flexible selected. Besides, CMOS processed wafer or silicon interposer can be used as the target wafer. This approach offers us excellent process flexibilities for low-cost production of wireless sensor nodes.     

计数式光纤Bragg光栅风速仪设计

为消除温度波动变化对风速测量带来的影响,能更有效、稳定地测量风速,设计一种计数式光纤Bragg光栅（ FBG）风速仪。风速仪采用风杯结构,在风杯转轮上设置转速凸轮,粘贴有FBG的等强度悬臂梁与转速凸轮组成计数装置。基于风杯转速与风速呈线性关系建立了传感模型,根据中心波长变化次数进行计数,从而计算出风速,实现了对风场内风速实时监测。风洞试验表明：计数式FBG风速传感器的起动风速为0.9 m/s,线性度为6%,灵敏度为0.65 r/m。     

基于卡门涡街原理的谐振型风力压电俘能器研究

针对大田环境中无线传感器网络节点需要持续稳定电能的要求,发展一种基于卡门涡街原理的谐振型风力压电俘能技术。基于计算流体力学数值方法,分析在不同风速下进气道内流场的流体动力学行为,实现对进气道及绕流体的结构设计。采用亥姆赫兹谐振腔作为风压谐振放大及涡脱频率的调节装置,并使谐振腔底部压电复合薄圆板与谐振腔的频率一致,从而在气流的冲击振荡作用下产生共振并输出最大的电能。实验表明,谐振型压电俘能器在风速14m/s,外部负载电阻400千欧时最大可输出13.6mW的电能。     

基于位移电流的非接触式接近传感器

利用位移电流效应设计的非接触式接近传感器结构简单,单探测电极,不受静态环境影响,价格便宜.该传感器探头面积大小,延展距离,形状可根据需要任意设计,且传感器对厚度敏感并可透过物体进行探测.该传感器可用于微机电测量系统(MEMS),安保和材料内部缺陷的无损检测等应用领域.     

Geometric optimization of van der Pauw structure based MEMS pressure sensor

This paper characterizes a piezoresistive sensor under variations of both size and orientation with respect to the silicon crystal lattice for its application to MEMS pressure sensing. The sensor to be studied is a four-terminal piezoresistive sensor commonly referred to as a van der Pauw (VDP) structure. It is observed that the sensitivity of the VDP sensor is over three times higher than the conventional filament type Wheatstone bridge resistor. With MEMS devices being used in applications which continually necessitate smaller size, characterizing the effect of size and orientation of a VDP structure on the performance of a MEMS pressure sensor is important. In this paper, the effect of relative size and misalignment of the VDP sensor on the sensitivity is investigated using a coupled piezoresistive/stress finite element model. The mode is developed to simulate the full field stress over the deformed diaphragm in which the VDP is diffused. The change in resistivity of the VDP is then analyzed to predict the sensitivity of the VDP structure. Sensor size, position relative to the diaphragm, and angular misalignment of the VDP were varied to determine a theoretical result for the dependence of VDP output on those parameters. It is determined that the performance of the sensor is strongly dependent only on the longitudinal position of the sensor on the diaphragm, and is relatively tolerant of other errors in the manufacturing process such as transverse position, sensor depth, and orientation angle.