微量程段的热式气体质量流量传感器研制

研制了一种微量程段的热式气体质量流量传感器.传感器芯片通过微机电系统(MEMS)工艺制备,芯片包括上下游测温电阻器和环境电阻器,其中测温电阻器有4只,对称分布在芯片中央位置,构成惠斯通电桥,芯片工作中采用恒压模式驱动.当气体流过芯片表面时,会导致检测电桥不平衡,流量信号变化转换为相应的电压信号.通过实验标定了传感器的输出曲线并对传感器的精度进行了测试,测试结果表明:研制的传感器在流量0 ～5 mL/min的量程范围内,具有响应速度快、精度高的优点.     

一种适合于电容式气敏传感器的加热膜

覆着气敏层的叉指式电容适于用微电子技术使气体传感器集成化,它们能通过安装在加热膜上而使其温度稳定,但通常都面临着通过该加热膜对大面积传感器的有效温度梯度的问题。介绍了在加热膜上能保证近乎均匀温度分布的加热器配置,用于估计方形膜加热功耗的分析方法和有限元模拟法。试验芯片已被设计和制造,其制作过程完全符合于标准的两极工艺。     

微结构气体传感器的优化设计

利用SiO2相对于SiNx有更低的热导率,作为膜式微气体传感器的热绝缘和电绝缘层,而单晶Si适合通过各向异性腐蚀形成倒杯状结构来支撑SiO2膜。将膜式微气体传感器中的加热器和信号电极设计在一个平面上,以减小工艺复杂度,获得较高的加热效率。利用有限元分析工具ANSYS分析比较加热器和信号电极在不同宽度与间距时的温度分布。当设定加热器宽度为50μm,信号电极宽度50μm,加热器和信号电极间距为25μm,微气体传感器将获得更低的功耗和比较均匀的中心温度分布,有利于传感器整体性能的提高。     

一种具有温压补偿功能气体涡轮流量计的设计

设计了基于MSP430单片机的具有温度压力补偿功能的气体涡轮流量计,介绍了该系统的硬件电路和程序设计.以MSP430F149单片机为处理芯片,有效降低了系统的功耗,该系统采用高性能的温度压力传感器进行温度压力补偿,确保了系统的精度,同时温度压力传感器等器件均采用低功耗器件进一步降低了系统功耗.     

无线传感器网络节点芯片的软／硬件协同低功耗设计技术

文章在深入研究了传感器节点芯片软硬件体系架构后,分析了 CMOS 工艺下集成电路的功耗来源和设计传感器节点芯片的功耗要求,研究了三种降低功耗的硬件电路设汁方法,并推导了相应的公式:电源调节模块改进了传统的LDO 电路结构,实现了双环路动态补偿方法,对芯片内部电路进行多等级电源供电;把芯片电路划分为四个工作状态,在不同的工作状态,各电路模块按照不同的活动级别被激活或者被关断耗;对影响功耗很大的时钟网络进行优化,采用多级时钟网络并根据不同电路模块选择不同的时钟频率.这些研究,将对后续的传感器节点芯片设计工作,具有重要的意义.     

基于MSP430微处理器的低功耗无线传感器网络节点设计

针对目前温度、湿度等数据采集监测系统功耗大、应用场合有限等缺陷．设计一种基于MSP430系列微处理器的低功耗无线传感器节点。硬件设计基于Moteiv方案,采用超低功耗单片机MSP430F1611作为数据处理芯片,以CC2420无线射频芯片作为收发芯片,并拥有JTAG以及其他扩展接口。通过合理设计电路来降低设备功耗,提高设备的能量利用率,从而达到提高无线传感器网络的稳定性和可靠性,延长网络生命周期的目的。     

差阻式传感器的大坝安全监测系统设计

差阻式传感器是大坝安全监测工程中应用最为广泛的设备之一.针对差阻式传感器自身的特点,设计了一种以低功耗MSP430芯片和高精度采样ADS1248芯片为核心的大坝安全监测系统.该系统实现了对多路差阻式传感器和四线制电阻温度传感器的测量.测试结果表明,该系统稳定性好、功耗低、测量精度高,能为大坝安全监测提供精确的实时数据.     

一种新型的半导体气体传感器-热线型气体传感器

热线性气体传感器作为一种新型的半导体气体传感器,除了具有灵敏度高、响应恢复时间短、稳定性好的特点外,还具有较低的功耗和优良的抗环境温湿度干扰能力,解决了传统旁热式半导体气体传感器中长期存在问题.本文较为详细地介绍了该类传感器的结构、气敏性能以及气敏机理.     

肺癌呼吸气体检测系统的气室设计

基于卟啉传感器阵列(PSA)的肺癌呼吸气体检测系统是通过采集处理PSA芯片表面图谱信息来对人体呼吸气体进行定性检测,达到早期肺癌诊断的目的。检测过程中,PSA芯片能否与气体分子快速、均匀结合将直接影响气体检测系统的准确度。以系统中PSA芯片与肺癌呼吸气体反应的气室为研究对象,借助CFD专用软件FLUENT对气室进行流场仿真结构优化,在气室理论模型的基础上,进行了气室实物制作,结果表明:通过采用抛物线形气室内腔、安装导流板、减小分流孔通径、适当加大分流孔倾斜角度等优化方案后,气室内呼吸气体呈层流流动状态,流场更加均匀、密集,能达到检测系统中PSA芯片与呼吸气体分子快速、均匀结合的要求。     

基于MEMS工艺的NO2气体传感器研制

设计了一种基于微机电系统(MEMS)工艺的以氧化钨(WO3)为敏感材料的微结构气体传感器,并从半导体理论解释了WO3对二氧化氮(NO2)的敏感机理.气体传感器芯片尺寸为1.3mm ×1.3mm,微热板的有效面积为0.4mm ×0.4 mm.实验结果表明:设计的气体传感器对NO2气体表现出良好的响应,在最佳工作温度下(140℃)功耗为23 mW,最低检测限达50×10-9,响应时间为60 s,恢复时间为180 s.     

采用脉冲供电的催化传感器的工作性能研究

针对煤矿瓦斯监测系统中催化传感器功耗高的问题,提出了采用脉冲供电方式对传统供电方式进行改进的方法.分析了载体催化元件的工作特性和脉冲供电原理;通过实验研究了不同CH4浓度的标准气样下,供电脉冲频率、脉宽（即占空比）与传感器灵敏度之间的关系.实验结果表明：和普通催化传感器相比,采用脉冲供电的将会很大程度上降低催化传感器的功耗,延长便携式设备的生命周期;同时,分析得到采用脉冲供电的可行性和最佳频率.     

微结构气敏传感器的热分析与结构设计

微结构气敏传感器由于其微型化、低功耗、易阵列化、易智能化、易批量生产等独物优点,受到国内外研究者的广泛重视。本文分析膜片型微结构气敏传感器基本单元的热学行为,用有限元方法模拟计算多种不同电极结构的器件功耗及工作区温度分布,提出了进一步降低黛耗改善工作区温度均匀性的途径和方法,并讨论了微结构气敏传感器设计中应着重考虑的问题。     

自主机器人非视觉传感器数据采集系统的研制

介绍了一种基于数字信息处理器(DSP)的非视觉传感器数据采集系统。它以DSPTMS320LF2407A为核心,集成了超声波传感器、红外测障传感器、红外测距传感器和方位传感器等模块,通过多传感器信息融合,可以弥补超声波传感器的盲区问题和多次反射问题,本系统通过串口或者通用系列总线(USB)进行通信。经实验验证:该系统结构简单、配置灵活、功耗低,具有较高的可靠性和实时性。     

MOS气敏传感器阵列优化与工作温度选择

通过对金属氧化物半导体(MOS)气敏传感器阵列进行阵列优化和工作温度的选择,达到提高阵列选择性、降低其功耗的目的。实验采用10个MOS传感器组成阵列,在不同加热电压下,对不同浓度的苯、甲苯、甲醇、乙醇进行测试;利用四种特征选择方法进行阵列优化,同时对优化后的特征子集做Fisher线性判别(DFA)分析。结果表明,优化的阵列在比通用加热电压(5.0V)低的加热电压(4.4V)下工作,对四种物质的正确识别率由91.7%提高到100%。     

基于ZigBee的便携式矿用多参数传感器设计

基于ZigBee无线通信技术,结合现有的煤矿传感器,设计了一款便携式矿用安全监测传感器。该传感器具有自组网、小体积、高效率、低功耗、低成本的特点,集信号采集、液晶显示和组网通信功能于一体。该传感器集成监测瓦斯浓度、温度、电流、压力等多种环境参数,有效弥补了矿用单参数传感器功能单一的不足;以无线通信代替有线通信,可固定安装或由工作人员随身携带,覆盖更多的监测盲点,更有利于系统的扩展和维护。     

纤毛式MEMS传感器技术研究

首次综合国内外纤毛式MEMS传感器的研究成果,分别介绍了基于纤毛仿生原理的三维微触觉传感器、三维微力传感器、微声传感器、水流传感器、微几何测量传感器以及矢量水声传感器等。该类型传感器充分地将仿生学和MEMS技术结合起来,具有结构新颖精巧、体积小、功耗低、响应快、温漂小、精度高等优点,为开发具有自主知识产权的新型器件提供了新的思路。     

Self-heated hydrogen gas sensors based on Pt-coated W18O49 nanowire networks with high sensitivity, good selectivity and low power consumption

Self-heating effect can be applied to develop gas sensors avoiding use of external heaters. We report here a prototype self-heated hydrogen gas sensor based on Pt-coated W₁₈O₄₉ nanowire networks. Such a sensor has been shown to have promising performance, e.g., high sensitivity (able to detect down to 50 ppm of H₂), good selectivity (poor response to ethanol, CH₄, CO, and C₃H₈), and low power consumption of 30-60 mW at 6 V compatible to a portable device. Coaxial cable model and percolation theory are applied to explain the gas sensing effect of the Pt-coated W₁₈O₄₉ nanowire networks.     

基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统的设计

为了满足煤矿瓦斯监测的需要,开发了一种基于无线传感器网络的智能化瓦斯监测系统。该系统采用数字瓦斯传感器实时检测瓦斯,避免了普通传感器需进行A/D转换的复杂性,提高了测量精度;采用无线传感器网络,克服了有线传感器网络的局限性,避免了其它无线通信技术高功耗的缺点。文章详细介绍了系统的硬件和软件设计,并给出了测试结果。     

巨磁阻抗磁传感器研究进展

巨磁阻抗效应是指材料的交流阻抗在外加直流磁场的作用下发生显著变化的现象,利用该效应研制的巨磁阻抗磁传感器具有灵敏度高、体积小和功耗低等特点,具有巨大的应用前景.分析了巨磁阻抗磁传感器的研究现状,重点介绍了磁场传感器、电流传感器和生物传感器的工作原理和特性,并指出了其目前存在的问题和发展趋势.     

基于多级多路径控制的无线传感器电源管理方法

无线传感器通常长期在野外工作,其电源能耗一直是受业界关注的技术问题.针对采用低压锂电池供电的无线传感器,提出采用多级多路径控制的电源管理方法,实现超低压降、电源超低功耗和大电流输出.采用本电源管理方法的无线传感器不仅能充分利用电池电能量,还能兼容多种供电电源(如锂电池、锂亚电池、干电池、铅酸电池等)的应用场景.