SOI高温压力传感器的研究

介绍了SOI压力传感器的制作工艺,并且通过有限元软件对传感器输出特性进行模拟,模拟结果与实际测得结果是相符的.对SOI压力传感器测量结果表明,当温度增加到220℃传感器仍然能保持很好线性.另外对SOI压力传感器和多晶硅压力传感器进行比较,发现单晶硅SOI高温压力传感器灵敏度比多晶硅高温压力传感器灵敏度有较大提高.     

基于Si_3N_4薄膜的压力传感器

采用微机电系统(MEMS)技术制造的传感器具有体积小、重量轻、成本低等特点。基于S i3N4压力敏感膜,利用MEMS技术,设计了一种用于测量气压的传感器。采用应变电阻原理对压力进行测量,进行了理论分析计算,设计了工艺过程,制作出了器件样片。这种压力传感器的显著优点是结构简单、工艺过程容易。并且,在50~100 kPa的压力条件下,对传感器进行了测试,其精度达到了0.5%。     

微悬梁式汽油传感器研究

提出了利用MEMS技术将电化学生长的Al2O3模板加工成传感器的微悬梁结构,并将其用于催化燃烧式气体传感器结构的基底.采用平面薄膜工艺制作出铂薄膜敏感电阻器,涂敷Al2O3-ZrO2-ThO2-Pt-Pd和Al2O3-ZrO2-ThO2-PbO形成催化敏感桥臂和温湿度补偿桥臂,从而制作出汽油传感器.测试结果表明:传感器可实现汽油体积分数为(0-15)×10-3的检测(标准气为己烷),且具有线性输出特性.同时对汽油传感器的工作初始稳定性和长期稳定性问题进行了研究.     

GGY一20型高性能固态压力传感器(续)

六、温度补偿固态压力传感器受温度影响较大,这是人所共知的,因此除了在制作工艺上采取必要的措施以外,对传感器进行外电路补偿是必不可少的。这里采用的是一种常规的方法,其原理如图6所示。图6中,R_1、R_2、R_3、R_4为应变电阻;R_TZ为零点温度补偿电阻;R_Z为零点配平电阻;R_TS为灵敏度温度补偿电阻;V为桥电压;V_p为输出。 1.零点的温度补偿传感器零点随温度变化主要是由应变电阻的不一致性和应变电阻温度系数的不一致性引起的。因此对其补偿是通过改变一个桥臂的电阻值及其温度系数来实现的。如果温度变化了△T,电桥零点输出有了△V_po的变化,此时,零点温度系数为     

高灵敏度三维力矩传感器设计与标定

为测量三维力矩并解决维间耦合问题,设计了一种测量微小力矩的电阻应变式传感器。分析了传感器电阻应变计组桥方案抑制维间力矩耦合的原理。通过有限元方法仿真计算出节点应变,实现传感器高灵敏度的目标。通过传感器静态标定实验得到了标定解耦矩阵,解决了由于加工误差和应变计粘贴误差带来的力矩耦合问题。实验表明:此传感器具有好的静态性能,线性度都控制在1%之内,迟滞误差也控制在0.12%以下。     

基于AIN绝缘的多晶硅高温压力传感器设计

探讨了一种多晶硅高温压力传感器的设计方法,采用AIN作硅衬底和多晶硅力敏电阻条之间的电绝缘层,由于无p-n结,力敏电阻无反向漏电,使制作的压力传感器特性好。利用多晶硅材料在高温条件下能够表现出良好的压阻特性,考虑其纵横向压阻效应的不同,作了理论分析,在此基础上制作力敏电阻条。利用有限元分析方法,借助MARC软件,模拟了传感器承压弹性膜的应力场分布,确定了多晶硅力敏电阻条的位置和排列方式。并且施加10kPa压力日寸,模拟了不同膜厚t与对应的最大应力σ11的曲线;模拟了11方向主应力COMP11边缘中点应力为一特定值时所需压力PN与膜厚t的关系曲线。     

基于AlN绝缘的多晶硅高温压力传感器设计

探讨了一种多晶硅高温压力传感器的设计方法,采用AlN作硅衬底和多晶硅力敏电阻条之间的电绝缘层,由于无p-n结,力敏电阻无反向漏电,使制作的压力传感器特性好.利用多晶硅材料在高温条件下能够表现出良好的压阻特性,考虑其纵横向压阻效应的不同,作了理论分析,在此基础上制作力敏电阻条.利用有限元分析方法,借助MARC软件,模拟了传感器承压弹性膜的应力场分布.确定了多晶硅力敏电阻条的位置和排列方式.并且施加10kPa压力时,模拟了不同膜厚t与对应的最大应力o11的曲线;模拟了11方向主应力COMP11边缘中点应力为一特定值时所需压力尸N与膜厚t的关系曲线.     

台面结构硅基法珀型光纤MEMS压力传感器的研究

提出了一种新的光纤压力传感器的设计,该传感器敏感膜采用了台面结构而非传统的平面结构.用法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉理论阐述了传感器的工作原理,提出了敏感膜的力学模型.基于Fabry-Perot干涉理论推导出光纤MEMS压力传感器中台面敏感膜受到的压力与干涉光强的关系表达式,通过ANSYS有限元软件分析了台面膜型的力学性能,结果表明台面敏感膜在平行度上优于平面膜.通过数值模拟分析了传感器的关键参数对其性能的影响,为光纤MEMS压力传感器的加工和制作提供了理论依据.     

基于MEMS工艺的热膜式流量传感器芯片的研制

基于托马斯(Thomas)流量计原理,研制了热膜式流量传感器芯片。该敏感元件采用MEMS工艺,制作出了3μm厚度的带固支边的敏感膜结构,在膜上设计有一只加热电阻器和一组微型热敏电阻器。通过工艺研究,解决了膜上Pt电阻与基底的热匹配问题,并将该芯片应用于汽车进气流量传感器研制中。测试结果表明:使用该芯片流量传感器的测量准确度为1%FS,满足发动机系统使用要求。     

工业化硅微机械电容式麦克风的设计与性能计算

给出了一种单芯片硅微机械电容式麦克风的结构设计,并针对此结构对其进行了动态特性分析计算。硅微机械电容式麦克风的两个电极由一个复合敏感膜和一个金属铜底板构成。复合敏感膜包括三层,中间一层是掺杂硼的多晶硅,上下两层是氮化硅,三层复合膜的厚度设计和制作工艺使复合膜处于轻微的拉应力状态。底板采用低温电镀铜技术制作,底板上分布有许多圆形通气孔来调节敏感膜与底板间的空气压膜阻尼。在复合敏感膜和金属铜底板之间采用牺牲层技术制作了一空气间隙,使复合敏感膜和一个金属铜底板之间构成一工作电容。在硅基体的背面采用湿法腐蚀出声音进口腔。针对这一结构我们对其动态特性进行了分析计算,计算出麦克风在9V偏置电压下开环灵敏度为4.99mV/Pa,麦克风最大偏置电压为32.83V,麦克风工作时的频率带宽为0~134kHz。分析结果表明该硅微机械电容式麦克风能满足工业界的使用要求。     

平膜片式压力传感器有限元分析

本文用有限元方法分析平膜片式压力传感器弹性元件表面径向应变及切向应变与薄膜应变片阻值变化的联系后,根据电桥原理得到与其输出电压之间的关系,最终并分析了传感器之非线性精度。     

可变电压源在热导检测器中的应用

在可变电压源电路中,通过传感器上的电流恒定,改变桥路中支路电阻比值大小,能够一定程度上提高热导检测器(TCD)的灵敏度。同时还分析了可变电压源在铼钨丝与热敏电阻(NTC)作为传感器上的应用,在铼钨丝(130Ω)作为传感器实验中,其它条件相同时,通过铼钨丝上电流分别在20mA、40mA、60mA的比较,发现桥路输出信号与铼钨丝上通过电流的3.5次方成比例。在热敏电阻(NTC)作为传感器实验中,选择材料常数β值大的热敏电阻作为传感器,有利于提高桥路的信号输出。     

一种压力传感器的零点补偿电路

从压力传感器温度补偿问题出发,通过三种电阻桥零点输出补偿方法的温度误差对比,提出一种恒压供电的新型电阻桥零点输出补偿方法,主要特点是调节压力传感器(零点输出10mV以上)零点输出为零时,不会影响压力传感器的温度漂移,且较传统的电阻桥零点补偿方法,压力传感器的温度误差小的优点.     

Detection of ethanol and methanol vapors using polymer-coated piezoresistive Si bridge

A novel alcohol vapor sensor based on the swelling effect of polymer film is proposed for detection of alcohol such as methanol and ethanol vapor, which is composed of a Si bridge embedded with piezoresistive Wheatstone bridge and an epoxy acrylate thin polymer layer-coated Si bridge. When the polymer layer absorbs alcohol vapor molecules from ambient air, the swelling of the thin polymer layer leads to bending of the Si bridge which causes the piezoresistive Wheatstone bridge to produce an output voltage. A theoretical model of the interaction between Si bridge and polymer layer is presented based on elastic mechanics theory. An equivalent transverse gas load is presented. The output expression of sensor is obtained. The model of the sensor is verified by the experimental results. The experimental results show that the alcohol vapor sensor has good linearity, selectivity and reproducibility. The proposed alcohol vapor sensor has simply principle, mature technology, low cost, and can be integrated with signal processing circuit using the MEMS processes.     

Consideration of theoretical equation for output voltage of linear displacement sensor using meander coil and pattern guide

This paper discusses the development and derivation of theoretical equation for output voltage on a displacement sensor based on inductive concept. A linear displacement sensor is used to detect the displacement of moving part on linear machines. It consists of a sensor head and a pattern guide. The sensor head is made from copper meander coil while the pattern guide is made from a soft iron (SS400). The mathematical equation of the sensor output voltage is derived using magnetic coupling method. The effect of input frequency on the output voltage is analyzed and has been compared with the measurement data.     

基于PI调节器的线性电桥

提出了一种基于PI调节器的线性电桥电路 ,它的输出电压与电阻值的变化量成正比 ,而且调整方便。适用于高精度热电阻测量温度的场合。     

压阻式高温压力传感器温度补偿与信号调理设计与测试

设计制作了一种集成信号调理电路的高温压阻式压力传感器,包含倒装式的压敏敏片、无源电阻温度补偿电路和信号调理电路组成;压敏芯片的制作采用SOI材料和MEMS标准工艺,温度补偿和信号调理电路采用高温电子元件;试验表明,无源电阻温度补偿具有显著的效果;此外,采用了高温信号调理电路来提高传感器的输出灵敏度,通过温度补偿来降低输出灵敏度;与传统的经验算法相比,所提出的无源电阻温度补偿技术具有更小的温度漂移,在220℃条件下传感器输出灵敏度为4.93 mV/100 kPa,传感器灵敏度为总体测量精度为±2%FS;此外,由于柔性传感器的输出电压可调,因此不需要使用一般的电压转换器随动压力变送器,这大大降低了测试系统的成本,有望在恶劣环境下的压力测量中得到高度应用。     

可消除热零点漂移的双压阻半桥压力传感器

提出一种可消除热零点漂移的压阻式压力传感器。该传感器由两个压阻半桥构成。两个“半桥”受力时输出信号的极性相反,而零压时输出信号极性相同。两桥输出信号相减后,其压敏输出与一个压阻全桥的输出值相同,而随温度变化的零压输出则相互抵消。模拟实验显示出预期效果     

外力对逆磁致伸缩索力传感器影响研究

基于索力传感理论模型和环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了推导,传感器输出感应电压与激励磁场变化、外力变化、某一激励磁场下的材料磁导率及空气间隙尺寸、线圈密度等有关.重点分析了加载外力对传感器输出的影响.在稳恒直流激励下,当外力缓慢变化时可通过感应积分电压反映外力;当外力交流变化时,可通过感应电压求得外力,感应电压幅值与加载外力的频率成正比.最后,确定模拟实验参数,对传感器进行了仿真.结果表明当外力缓慢变化时,感应积分电压与外力成线性关系,传感器的灵敏度与线圈匝数.材料逆磁致伸缩系数成正比.     

基于微流量热导传感器的氢气浓度检测系统研究

对氢气分析仪器中的核心传感器进行研究,采用基于MEMS工艺的微型热导传感器,代替现有分析仪器常用热导池检测器,设计了氢气浓度检测系统机械结构;设计信号调理电路,并在传感器外部设计环境温度控制电路,以实现传感器的恒温检测.传感器输出的微弱信号经测量电桥调理输出,通过集成运算放大器加法、放大运算,最后把标准电压信号送入单片...