用于微装配的三维微力传感器的研究

采用硅基应变片设计了一种可用于精密微装配作业过程,检测x、y、z方向微接触力的三维微力传感器;经微小改动后,该传感器可成为五维微力传感器。分析了力传感器测量原理,建立其测量模型,并设计了传感器信号放大电路。测试了微力传感器的性能指标,在x、y、z3个方向的微力测量分辨率为0.001 N,测量精度可达0.005 N,测量范围为-0.5~ 0.5 N。最后设计了微装配作业控制系统,并利用该传感器实现力位移混合控制,顺利完成了180μm微型轴与200μm微型孔间的精密微装配实验研究。     

用于机器人手指的SOI基板微压阻式力传感器

压阻式力传感器常被用作工业机器人手指接触力传感器,为准确测量微小力与力矩,设计并测试了一种用于六自由度微力测量的微压阻式力传感器.该传感器由传力支柱、软半球盖、力-力矩传感结构和Wheatstone电桥四部分构成.采用有限元方法分析了各方向上施加力时应力的分布情况,由此确定了压敏电阻的位置分布.采用光刻、掺杂、深反应离...     

一种用于MEMS检测的无耦合六维力传感器的研制

提出了一种用于MEMS检测试验平台中力学量测量的无耦合六维力／力矩传感器的设计。对传感器的结构形式、测量原理作了介绍，进行了试验验证并给出了从8路输出电压到六维力／力矩的传递矩阵。该传感器通过采用巧妙的结构形式和特定的电阻应变片布片方案实现了六维力解耦，大大简化了后置信号处理电路的设计且在各轴都具有较好的测量分辨率。实验证明，该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单、贴片方便、制造成本低的优点，满足了预计的设计要求。     

微传感器步入生物医学领域

微传感器步入生物医学领域ＭＥＭＳ器件功耗小、重量轻、成本低、适宜用于研制化学分析仪、微仪器及微系统ＣｈｅｒｙｌＡｊｌｕｎｉ瘫痪病人得以重新控制自己的肢体，或者烧伤病人在医院康复时，不再因触动其烧伤的皮肤而感到难以忍受的疼痛，都已经成为现实，这应当归功...     

基于探针形式的三维硅微力传感器

为满足三维微力测量的需求,以MEMS体硅压阻工艺技术为基础,研制了一种基于微探针形式,具有μN级三维微力测量和传感能力的半导体压阻式三维微力硅微集成传感器。传感器采用相互迟滞的4个单端固支硅悬臂梁,支撑中间的与微力学探针结合在一起的质量悬块的结构形式,在4mm×4mm的硅基半导体芯片上用MEMS体硅工艺集成而成。通过ANSYS数值仿真的方法分析了三维硅微力传感器结构的应力特点,解决了三维微力之间的相互干扰问题,并对传感器性能进行了测试。结果表明,其X、Z方向的线性灵敏度分别为0.1682、0.0106mV/μN,最大非线性度分别为0.19%FS和1.1%FS。该传感器具有高灵敏度、高可靠性、小体积、低成本等特点。     

集成式五维微力/力矩传感器的研究

五维微力/力矩传感器应用于微装配机器人操作末端的微力觉感知,能够同时测量三个方向的微力Fx 、Fy 、Fz和两个方向的微力矩Mx和My;测力量程±1N,测力矩量程±0.05N*m;放大电路集成在传感器的本体中.应用力学理论对本体进行理论分析,推导出计算公式,求出本体的应变;并采用有限元分析软件进行仿真,分析应变,确定了一种适用的静态非线性标定方法.     

用于流速测量的微型力传感器的研制

设计并仿真了一种压阻式六自由度力传感器及其测量电桥,采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备了以单晶硅为结构材料的六自由度力传感器,完成了传感器芯片的封帽式封装。压阻式六自由度力传感器的尺寸为5 mm×5 mm×3 mm,由传感器芯片、探测柱和封装外壳组成。基于流体的绕流阻力效应,完成了压阻式六自由度力传感器水流流速检测实验。实验证明,该传感器的量程为0～0.55 m/s,可以灵敏检测到低速水流的波动性变化,并且传感器在水流速度为0.45～0.55 m/s的测量范围内灵敏度较高。利用单晶硅材料易于小型化、滞后极小的特点,该六自由度力传感器响应快、环境适应性强、可批量制造。     

一种微摩擦力光学测试方法

为了测试微观条件下材料表面的摩擦学性能,给出了一种微摩擦力的光学测试方法。基于MEMS工艺制作了硅微力传感器,通过标定的方法得到了微力与传感器的变形量之间的关系,采用光反射的方法测量了试验过程中传感器的变形量,进而通过数据处理得到微摩擦力。简要介绍了微摩擦力的光学测试原理,给出了硅微力传感器的结构及制作过程,并对铜和铝的表面进行了微摩擦力测量。初步试验结果表明,该方法具有测试精度高、重复性好、系统性能稳定的优点,能满足微机电系统中摩擦力测试的需要。     

一种集成三维微力传感器的微夹持器研制

微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10~ 10 mN,在x、y向的分辨率均为2.4μN,z向的分辨率为4.2μN。微夹持器采用压电陶瓷驱动两级柔性放大机构,实现张合量300μm,完成了微夹持实验。     

一种用于机器人手爪的PVDF接触力传感器设计

利用PVDF压电薄膜的压电敏感特性,设计了一种用于机器人手爪的接触力传感器,包括一个电荷放大装置,并建立了数据采集和处理系统。所设计的传感器具有体积小,柔顺性好,信号处理简单的特点。实验分析表明传感器可很好地满足机器人手爪的要求,为机器人手爪提供接触力信号,以实现稳定可靠地抓取。     

基于压电式传感器的力矢量测量模型研究

关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,推导出了3个分力和作用点坐标的求解表达式,确定了合理的传感器数目,建立矢量力求解的数学模型。实验表明,根据该模型研制的压电式力矢量测试系统能实现发动机力矢量测量要求。     

排除力偏心影响的光纤力传感器

本文介绍了一种光纤测力传感器，利用两根多模光纤束传输光信号，采用一种特殊的结构形式，能够有效地消除力偏心对传感器输出的影响，另外，还介绍了温度补偿电路，包括光源驱动电路及光信号接收电路。     

硅十字梁单块力传感器

本文介绍一种用硅材料制成的十字梁力传感器,它的各主要结构部分是通过微加工技术在同一硅片上得到的。具有灵敏度高、温漂小,成本低、一致性好等优点。本文对器件进行了结构分析、应力计算,得到了各结构参数对器件灵敏度的影响,并在理论分析的指导下制作了高灵敏度的力传感器样品,最高灵敏度可达340mV/10g,适用于小量程范围力的测量。器件还具有过载保护结构。     

基于SHT10的温湿度测控系统设计

针对生产加工及库房等场所温湿度的检测与控制＋设计了一种基于数字温湿度传感器的温湿度测控系统。为了实现对温湿度的可靠采集与传输,在对传感器数据进行读取及通信时采用了CRC校验技术,并且设计了硬件电源监视复位电路,对系统电源波动引入的干扰起到了很好的抑制作用,使系统的可靠性得到大大提高。     

Design of a Silicon Beam Resonator for a Novel Gas Sensor

研究了一种基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器.该传感器在敏感环境中,可同时获得敏感膜电导率和质量变化,测量被测气体分子的荷质比,具有高灵敏度和高选择性.根据这一原理,针对气体传感器的需求,设计了硅悬臂梁谐振器化学传感器结构,进行了仿真优化,并采用MEMS表面牺牲层工艺制备该器件,激光频率仪测量验证了该微型谐振梁的谐振频率.     

基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器

研究了一种基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器.该传感器在敏感环境中,可同时获得敏感膜电导率和质量变化,测量被测气体分子的荷质比,具有高灵敏度和高选择性.根据这一原理,针对气体传感器的需求,设计了硅悬臂梁谐振器化学传感器结构,进行了仿真优化,并采用MEMS表面牺牲层工艺制备该器件,激光频率仪测量验证了该微型谐振梁的谐振频率.     

超声物料输送的微摩擦驱动力实验研究

提出一种沿长度方向突变的变截面直梁压电振子结构,该振子能保证输送工作台面上各质点振幅均匀一致.由于振子具有结构对称性,可在空间上实现两个互相垂直的同阶弯曲模态(近似同频),这两个模态的叠加使工作面上各质点做可更改运动参数的椭圆运动.应用悬臂梁结构研制了一个毫牛最级的微力测试装置,完成输送振子微小摩擦驱动力的测试.对微摩擦驱动力的主要影响因素进行了实验分析.实验结果表明,工作面质点椭圆运动轨迹的长轴在水平面上比在铅垂面上时更有利于物料的超声振动输送.振子振幅增大时,振子对试件的摩擦驱动力也相应增大;当振子两个方向振动的速度相位差从0°～90°增大时,摩擦驱动力呈增大趋势.