分子印迹型薄膜体声波谐振毒品检测传感器

针对毒品探测的需求,对高灵敏度、高选择性及可工作于液相环境中的传感器进行了研究,利用分子印迹技术(MIT),结合薄膜体声波谐振器(FBAR)和微流体(micro fluidics)技术构造了新型传感器.首先,阐述了用分子印迹技术制作FBAR吸附层材料的原理,利用分子印迹技术制备了对特定毒品分子具有专一吸附性的印迹材料,将其作为吸附层涂覆在基于微机电系统(MEMS)及微流体技术的FBAR上.根据压电方程和运动学方程推导出了FBAR压电振子的等效电路及电学端口输入阻抗公式,构建了以AIN为压电材料的微流体结构FBAR毒品检测传感器模型.对该结构的FBAR传感器进行了理论研究和公式推导,并在理论模型的基础上进行了仿真实验,得到了单位面积质量响度达0.8pg/Hz·cm2的FBAR传感器.得到的实验结果远高于石英晶体微天平这一传统的质量敏感型传感器,可实现对溶液中毒品分子的快速检测.     

独特谐振模式下薄膜体声波谐振器的设计

计算了四层复合结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)的输入阻抗谱,各层采用的材料分别是Al/AlN/Al/Si,其尺寸为0.8 μm/1.9 μm/0.8 μm/100 μm,得出其有效机电耦合系数k²_eff随谐振模式的分布情况,从而得到最大k²_eff的独特谐振模式在1~2 GHz为第40阶谐振模式。从理论上探讨了各层的尺寸及材料属性对该独特谐振模式及其频移的影响,以及串联谐振品质因数FOM等滤波器设计的主要性能参数在该模式下的分布情况。实验结果表明,工作在独特谐振模式下的FBAR的性能依赖于各层材料尺寸,当压电层厚度从0.2 μm变到4.3 μm时,特殊谐振模式频率从1.2 GHz增加到4.8 GHz;当基底厚度变厚时,有效机电耦合系数从3.2%变到0.8%,串联品质因数从2 000变到700;而电极变厚后,有效机电耦合系数趋于一个稳定值。这些数据在实际设计过程中对滤波器的微调具有参考意义。     

耐高温合金薄膜压力传感器的设计及仿真分析

研制高温恶劣环境适用的压力传感器具有重要的工程实际意义。文中设计了以蓝宝石为弹性膜片,溅射合金薄膜为应变电阻的耐高温压力传感器。通过有限元软件计算分析了弹性膜片的应力应变分布,并对膜片厚度进行了优化设计。     

薄膜预热电解式湿度传感器

微电子技术的发展,使得半导体和薄膜工艺可以用于制造能在很大程度上满足现代湿度和温度测量要求的微型湿度计和温度湿度计。微型湿度计的主要优点是:尺寸小、灵敏度高、快速性好、结构简单、制造工艺性好、价格低廉。     

先导式比例方向阀流热固耦合仿真分析

比例方向阀是液压系统的基础元件,其性能直接影响系统的整体稳定性.为防止在阀的使用过程中,节流温升导致阀芯发热膨胀,从而出现阀芯卡紧等现象.针对先导式比例方向阀进行流热固耦合仿真分析,对阀的热变形情况进行探究:建立先导式比例方向阀的固体三维模型和流场模型,采用基于CFD的流热固耦合仿真分析方法,分析节流温升使油液温度升高...     

快响应薄膜式高压锰铜传感器

本文采用磁控溅射技术制作了新型的薄膜式锰铜超高压力传感器,获得了32ns的快速响应,同时,研究了传感器的安装方式及绝缘封装层的厚度对传感器响应时间的影响关系。     

新型薄膜式热电偶切削温度测量传感器

研制了一种集成在刀头内的新型薄膜式热电偶。在切削的同时，能快速直接地测量切削温度。镀膜工艺采用了先进的磁控溅射和离子镀技术，成功地解决了绝缘、镀膜牢固性等问题。该热电偶测温接点位于刀尖，响应迅速，时间常数约为0．8ms；并且在0～600℃的测温范围内具有良好的线性和热稳定性。详细论述了传感器的结构设计、薄膜热电偶的制作、静态标定、动态标定以及检测电路。当应用于现场切削试验时，传感器能快速响应瞬态切削温度。     

多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器

多晶硅纳米薄膜具有优越的应变灵敏特性和稳定的温度特性.为了使这种良好的压阻特性得到实际应用,文中给出了多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器的设计方法.根据多晶硅纳米薄膜压阻特性和硅杯腐蚀技术条件确定弹性膜片结构,并采用有限元分析方法对弹性膜片尺寸以及应变电阻分布进行了优化.依据优化设计结果试制了压力传感器芯片.实验表明该传感器工艺简单、高温特性好、灵敏度高.     

薄膜式锰铜传感器的超高压力标定

为拓展锰铜传感器的高压测试上限,本文采用薄膜技术研制了一种新型的锰铜传感器.该传感器采用氧化铝封装,后置式结构,两步薄膜工艺制作.利用二级轻气炮进行了40～107GPa的冲击高压加载,试验波形呈现出一理想的平台,寿命为1μs.标定曲线Px(GPa)=6.0371+29.819(ΔR/R0)+21.591(ΔR/R0)2-6.8267(ΔR/R0)3近似于一条直线,精度达±3%.     

NaOH对硅基薄膜体声波谐振器的背腔刻蚀研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通信领域具有十分广阔的发展和应用前景。该文主要针对薄膜体声波谐振器背腔湿法刻蚀工艺进行了研究。通过改变Na OH浓度以及刻蚀温度对硅进行了湿法刻蚀,研究了硅的刻蚀速率以及刻蚀表面的粗糙度Ra。研究表明硅刻蚀速率随温度呈指数变化,在Na OH质量分数为33%时刻蚀速率最快,同时刻蚀表面粗糙度最小。在此质量分数条件下,刻蚀速率可达1μm/min,刻蚀表面粗糙度小于5 nm。该刻蚀工艺可以满足谐振器背腔刻蚀过程中对硅以及支撑层表面质量的要求。     

柔性电涡流式触觉传感器性能仿真与分析

为实现机器人手指柔性传感,满足高灵敏度、高可靠性、尺寸微小化等要求,文中提出一种基于电涡流原理的柔性触觉传感器,建立了传感器二维对称仿真模型,通过有限元分析研究激励频率、线圈与金属板间距和单维载荷对传感器灵敏度和分辨率的影响.结果表明:初始激励频率为3 MHz时,传感器的工作性能最好;电涡流传感器的电压、电阻和电抗随线...     

高温薄膜快响应传感器的设计及其仿真优化

高温薄膜传感器在测温过程中,传感器的进气口面积和出气口位置是影响传感器的响应时间和测量误差的重要因素,传统的经验估计法难以对高温薄膜传感器的结构尺寸进行准确的求解,进而产生响应时间较慢、测量误差较大等问题,针对上述问题,采用流热耦合多物理场分析方法对高温薄膜传感器进行了流体热力学仿真。采用粒子群算法对仿真结果进行拟合,获得传感器在不同结构尺寸条件下的响应时间和测量误差的计算方程,以提高仿真结果的普适性,最终通过求解方程获得传感器的最佳结构尺寸,进而改善了传统经验设计的不足,提高传感器的测量精度。     

直接式火药固钉器消声结构设计及仿真分析

针对直接式火药固钉器射钉过程中膛口噪声过大问题,在其内部设计了开孔式消声结构。基于LS-DYNA与Fluent联合仿真,分析消声结构的孔径和孔距对射钉威力和膛口噪声的影响。在LS-DYNA中基于爆轰理论选用ALE流固耦合算法,对炸药在膛内爆炸射钉侵彻靶板过程进行仿真分析,分析孔径和孔距对射钉威力的影响。提取炸药爆炸瞬间膛内压力值作为膛口噪声分析的初始压力值,以射钉侵彻靶板的速度作为边界条件,基于动网格技术,采用Fluent软件分析了射钉过程中的流场和噪声,并与噪声试验结果进行了对比。结果显示,随着孔径的增加,射钉侵彻深度近似呈线性下降;随着孔距增加,越靠近爆炸中心位置,侵彻深度呈非线性下降。在保证满足射钉威力的前提下,孔径和孔距最佳设计值分别为1.75 mm和23 mm,相对无消声结构可降低噪声约10%。     

薄膜式锰铜传感器--一种新型的超高压力传感器

文中综述了动态高压锰铜传感器最近十多年来的研究现状,着重介绍了一类新型的锰铜传感器－薄膜式锰铜传感器的研发进展。该类传感器的研制旨在提高传感器高压测试极限和缩短响应时间。目前已进行了直到８０ＧＰａ以下的初步标定,响应时间最快３２ｎｓ。     

薄膜式锰铜传感器——一种新型的超高压力传感器

文中综述了动态高压锰铜传感器最近十多年来的研究现状,着重介绍了一类新型的锰铜传感器———薄膜式锰铜传感器的研发进展。该类传感器的研制旨在提高传感器高压测试极限和缩短响应时间。目前已进行了直到80GPa以下的初步标定,响应时间最快达32ns     

基于磁敏元件的寄生式时栅传感器仿真分析

传统寄生式时栅位移传感器采用线圈传输电信号,不能保证线圈本身及绕线质量,导致寄生式时栅位移传感器体积大、灵敏度低、功耗大。根据寄生式时栅位移传感器的工作原理,选择一种基于磁敏元件代替绕制线圈的方法。用ANSOFT/Maxwell对磁钢和磁敏元件的气隙磁场、磁敏元件与被测齿轮之间的距离、磁钢大小和形状进行仿真,比较分析可知3mm×3mm×2mm的长方体磁钢在气隙为3mm的情况下能够满足磁敏元件的工作要求。     

利用有限元法的陶瓷压阻式传感器仿真分析与优化

阐述了陶瓷压阻式传感器的结构组成和工作原理.利用有限元ANSYS11.0软件对该陶瓷压阻式传感器进行仿真分析,分析结果表明,该陶瓷压阻式传感器线性度较低,灵敏度较差;随后对厚膜电阻布片位置和弹性膜片的径厚比进行优化,通过计算得出优化后陶瓷压阻式传感器的线性度提高0.23％,灵敏度提高20.5mV/MPa.这些分析为此类传感器的设计提供了理论依据.     

一种新型PZT压薄膜应力传感器的设计仿真

针对目前应力传感器不能兼顾柔性、动态测量及无法测量曲面接触应力特征信息等难题,设计了一种新型的PZT压电薄膜柔性应力传感器.主要有由PZT压电薄膜、导线、特殊的压敏涂层等构成.传感器的受力信息可以通过检测PZT压电薄膜传感器的电荷变化来获取,可应用于测量各种接触面之间的应力.为研究测量轮胎路面等具有复杂曲面接触结构的应...     

压阻式压力传感器灵敏度的仿真方法

为了实现对压阻式压力传感器灵敏度的准确预估,针对传统中心点算法的不足,采用了一种基于对敏感薄膜应力分布的有限元仿真分析和路径积分的仿真方法。通过对电阻所在路径线积分计算电阻平均变化率,计算出不同压力下的输出电压。对2种不同的模型四边固支的方形膜模型和底面固支的C型模型,进行仿真分析并将仿真结果和实际值对比。实验结果表明底面固支的C型模型比四面固支的方形模型更接近实际情况。传感器样品的实际灵敏度为0.102 5 mV/kPa,与底面固支的C型模型仿真结果相对误差小于2%。     

压电薄膜微传感器的动态特性分析

论述了压电薄膜微传感器的结构和工作原理,应用有限元方法对压电膜微传感器进行了动力学分析。利用有限元软件ANSYS7．0对压电薄膜微传感器结构的振动模态进行了仿真,并拟合了感应电压和动态外力幅度、频率以及结构几何参数之间的关系,这些分析为此类微传感器的设计提供了理论依据。