姿态传感器

本发明敏感机理基于敏感原件内的自然对流气体与热敏电阻的热量交换,环境温度的变化会导致传感器灵敏度的温度漂移。本发明设置角度传感器、传感器电源和中央处理器,传感器电源通过直流电源滤波器与5V稳压器和加热模块相连;稳压器电流一路通过3.3V稳压器输入中央处理器,另一路输入相互垂直的两个角度传感器,信号经滤波后输入中央处理器;中央处理器输出的偏差值通过CAN控制器和CAN隔离收发器模块送到上位机。本发明在姿态传感器电路中设置了加热模块对两个相互垂直的角度传感器进行恒温保护,能有效校正温度变化影响,保证了角度传感器灵敏度,提高了姿态传感器的检测精度。     

热蒸发石墨烯基SnOx-Sn传感器气敏性研究

通过化学气相沉积法制备石墨烯并采用热蒸发法在石墨烯上沉积锡(Sn)及其氧化物,得到石墨烯基SnOx-Sn气敏传感器,研究其在室温下对低体积分数甲醛和二氧化氮(NO2)气体的气敏性及SnOx-Sn膜厚和基底加热温度对传感器气敏性的影响.通过场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)等表征手段研究了石墨烯基SnOx-Sn气敏传感器的形态结构.     

微管道内的剪应力传感器

制作了一个微管道内的剪应力传感器,该传感器通过热传递的原理工作.采用硅微加工技术制作微管道,在玻璃上通过溅射方法形成钛铂合金热膜,最后将两者键合封装,形成埋置了热膜的封闭微管道.测量了热膜的电阻温度系数,确定了热膜处于不同输入功率下的过热比.对该剪应力传感器进行了方波实验,确定其工作在不同过热比下的时间常数.对传感器进行实验标定,得到不同进出口压差下,微管道内的壁面剪应力大小.     

高空湿度探测用加热式湿度传感器的研制

为实现高空高湿环境下对湿度的准确测量,本文设计和研究了集成加热功能的湿度传感器,在探空仪进行高空湿度探过程中利用两只加热式湿度传感器进行轮流加热除湿和湿度测量。通过对聚酰亚胺湿敏材料进行改性和合成,设计和制作了加热式的电容型湿度传感器,其灵敏度为0.2195 pF/%RH、响应时间小于1 s、湿滞为4.8%RH、半年漂移量在±0.3%RH以内。通过分析不同温度下的加热恢复时间,制定了加热式湿度传感器轮流工作的机制,轮流加热时间和周期分别为2s和120 s。并利用数据采集电路以及GPS探空仪对加热式湿度传感器进行了地面静态性能和高空动态性能测试,其高空湿度探测结果与VA SALA RS92的显示出较好的一致性和较低的湿度误差。本文研制的加热式湿度传感器能具有良好的地面性能,实现了交替加热除湿和湿度测量的功能,具有高空湿度探测的应用潜力。     

片上加热电容式湿度传感器研究

提出了一种集成加热结构的电容式湿度传感器结构。对传感器的稳态加热特性进行了分析,并利用红外线热成像技术对传感器加热过程以及稳态温度响应进行了研究。在5 V电压信号的加热下,传感器温度上升约30℃,且温度分布均匀,传感器敏感区域温差<4℃。在加热与不加热条件下,分别对传感器的湿度敏感特性与响应时间特性进行了测试。不加热时,传感器的灵敏度为0.00913 pF/%rH,回滞≈0.12 pF,响应时间约120.8 s;以5 V脉冲信号加热后,传感器灵敏度为0.00903 pF/%rH,最大回滞≈0.025 pF,响应时间约75.2 s。加热后传感器性能有了显著提高。     

CMOS风速风向传感器的设计

介绍了一种CMOS(互补MOS)集成风速风向传感器,使用恒温差(CTD)控制模式将芯片加热,使其中间加热区域的温度高于周围环境(风)温度一定值。该传感器在有风吹过它的表面时能同时测量风速和风向。采用4个串联的热堆测量芯片中心区域的平均温度,这种测温的方法简单、新颖。在简单阐述CMOS硅热流量传感器的工作原理和结构之后,主要介绍驱动和信号读取电路。经过风洞测试,传感器能够测量风速0～23m/s,具有良好的线性度和灵敏度,同时,传感器360°内方向敏感。     

高灵敏度氢气传感器的开发应用——用AVR单片机开发氢气浓度检测仪

CWRU氢气传感器是一种具有选择性好灵敏度高的传感器。它能工作于100℃以下，可在惰性气体（无须氧气存在）的环境下工作，但其温度稳定性需要加热控制电路来解决。本人用AVR单片机和该传感器相结合，很好地解决了温度稳定性的问题。开发出了性能优良的氢气浓度检测仪。     

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。     

基于模糊PID的UEGO传感器控制方法研究

宽域废气氧传感器具有较宽的空燃比测量范围,广泛地应用于稀燃发动机空燃比控制系统;UEGO传感器需要配套控制器才能正常工作,通过控制传感器的温度和泵电流,实现空燃比的测量;然而,UEGO传感器温度具有非线性,泵电流参数存在摄动,给其控制带来了困难;为了缩短冷启动时间,采用斜坡加热与模糊PI相结合的分段温度控制策略,以克服温度的非线性和冷启动的加热限制;采用基于OE模型的系统辨识法,建立不同工况下的泵电流模型,据此采用模糊PID的控制方法提高泵电流的控制精度与响应速度,克服泵电流参数不确定性的影响,从而提高传感器的动态性能;在空气环境和混合气配气平台上进行实验,结果表明:UEGO传感器冷启动时间少于20 s,温度控制精度较高,泵电流调节时间为191 ms,动态响应速度快、抗干扰能力强。     

GYG-1光纤压力传感器应变体力学模型设计

根据膜片式压力传感器的结构和特点,利用材料力学相关知识对其弹性体进行设计,并建立力学模型;根据膜片式压力传感器灵敏度要求,运用有限元分析方法进行分析,建立了既符合实际又简化的有限元模型;研究了弹性体的结构参数、温度、载荷等因素对传感器灵敏度的影响,为光纤光栅膜片式压力传感器的优化设计提供依据。     

ZrO2氧传感器封接料开裂失效分析及改进

针对氧化锆(ZrO2)氧传感器封接料失效机理,提出了在传感器加热电路上增加预热功能,通过仿真和试验的方法验证了改进措施的有效性.仿真分析的结果表明:温度变化幅度为200℃时应力状态较温度变化400℃时的应力降低幅度约为40%.通过试验样件验证表明,传感器在进行了576次启动热应力试验后,封接料状态良好,未开裂,表明加热电路增加预热功能后降低了热应力冲击强度,增加预热电路后,传感器有效避免了使用中出现封接料开裂故障.     

Research and fabrication of hot-film flow sensor chip based on MEMS

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3 μm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.     

厚膜压力传感器温度补偿与调理方法研究

考虑到以往厚膜传感器压敏元件和补偿电路的一致性较差、稳定性不够理想的问题,设计了一种优化的厚膜压力传感器片内平面化结构,其可提高传感器温度补偿效果;分析了信号调理电路的合理布局,元件的科学分布对减小误差,提高抗干扰能力的有效性,并给出了实验数据,通过其证明了设想的正确性。     

基于传感器的飞机地面除冰模拟实验研究

飞机除冰是影响民航冬季安全运行的重要因素之一,为了优化飞机除冰液参数,设计了飞机地面除冰室外实验。在冬季室外条件下通过对结冰的模拟机体表面喷射加热的除冰液进行除冰,在除冰过程中对除冰液流量、除冰液温度进行控制,通过安装在机体上的温度传感器和光纤传感器得到飞机机体表面温度变化和冰层厚度变化情况。通过分析实验结果可得:在一定范围内,除冰液温度升高能有效提高除冰速率;除冰液流量增加也能提高除冰速率,但当除冰液流量超过一定值时,射流冲击成为除冰的主要动力。     

厚膜压力传感器的温度补偿与调理方法研究

考虑到以往厚膜传感器压敏元件和补偿电路的一致性较差、稳定性不够理想的问题,设计了一种优化的厚膜压力传感器片内平面化结构,其可提高传感器温度补偿效果;分析了信号调理电路的合理布局,元件的科学分布对减小误差,提高抗干扰能力的有效性,并给出了实验数据,通过其证明了设想的正确性.     

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。     

硅基光纤温度传感器研究

基于单晶硅折射率随温度变化的热光效应,研究了一种硅基双波长光纤温度传感器.理论分析了单晶硅膜温度传感的机理,通过计算得到了硅膜厚度与温度测量范围之间的关系.运用双波长信号处理方法对传感器反射光强度进行分析并解调出所测量的温度.实验结果表明,在测温范围25～45℃内,当传感器测温波长为1 534.3 nm、1 554.3 nm时,该传感器对温度的响应具有良好的线性,其线性拟合度达0.989 8.该温度传感器的研究对设计制作温度补偿型的硅基压力或其它物理量的测量传感器具有一定的参考价值.     

半导体高温压力传感器的研究

介绍多晶硅压力传感器，由于采用二氧化硅介质膜作应变电阻之间的隔离，因而提高了传感器的工作温度。实验表明，该类传感器具有灵敏度高，精度高、温度特性好、工作温限高等特点。     

微生物同化糖传感器的研究

在发酵过程中测量培养液中的微生物能同化糖类的浓度,对提高发酵效率,是极其重要的。制作这类传感器最好是利用发酵过程中实际所用的微生物。本文用啤酒发酵过程中的啤酒酵母菌,固定在微孔混合纤维素酯膜上,并复盖渗析膜(15μm),再将它紧贴在氧电极的敏感面上,即可制成微生物同化糖传感器,研究了传感器的响应特性、线性关系,以及温度、pH 等因素的影响,在对几种低分子糖类:蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖,以及用葡萄糖液(1mmol/L)为其标准液进行测定,最大电流的降低值按下式进行标准化:     

集成加热功能高分子电容式湿度传感器研究

针对高空气象探测领域中温湿度骤变产生水分凝结而影响测量精度问题，开展了集成加热功能的湿度传感器研究，通过仿真手段，优化了加热器结构；通过对感湿膜成膜工艺进行研究，提高了传感器灵敏度、降低了湿滞和响应时间；通过将MEMS工艺与有机薄膜成膜工艺相结合，实现了湿度传感器制作。按照湿度传感器测试方法进行了性能测试，结果表明，该湿度传感器灵敏度> 0.40 pF/%RH、湿滞<1.5%RH、非线性<1.5%、响应时间<2 s；对加热器除湿能力进行了试验，结果表明，启动加热2 s即可有效去除湿度传感器表面的液态水滴。