CMOS工艺兼容的单片集成湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的集成湿度传感器,将湿度传感器与CMOS测量电路集成在同一芯片上.片上集成的湿度传感器为叉指电容式,感湿介质为聚酰亚胺,本文给出了相应的感湿模型.针对湿度传感器在全量程电容变化量较小的特点,本文采用开关电容电路作为片上微电容测量电路,讨论了电路的原理并给出了模拟结果.芯片采用3μm多晶硅栅标准CMOS工艺进行流水.测量结果表明,片上集成湿度传感器在5～35℃有较好的直流输出特性,并且长时间稳定性良好.     

基于电压积分翻转电容法的微位移测量

微小位移测量在工业控制、机械制造等领域应用广泛。本文提出了一种基于电压积分翻转电容法的微位移测量方法,该方法利用平行板电容器充放电的特性,使输出电压根据电容的不同容值而发生周期性的反转,产生相应频率的输出波形。该系统由位移测量电极板、电压积分翻转电路、低通滤波电路和MCU模块组成。位移测量电极板位移变化时其电容发生相应改变,电压积分翻转电路将电容变化值转化为输出信号的频率变化值。低通滤波电路将输出信号滤波,降低高频噪声的影响。MCU模块计算出频率变化值对应的微小位移变化值。实验结果表明：由线性回归分析,基于电压积分翻转电容法的微位移测量,其线性度误差为2.16%,相对误差为0.06%,与其他基于电容的位移测量方法相比,线性度误差比基于电容式传感器的微位移测量法小0.09%,比ZNXD型电容式传感器位移测量法小0.64%;相对误差比基于电容式传感器的微位移测量法小0.26%,比ZNXD型电容式传感器位移测量法小0.14%,比平板式电容器位移测量法小0.36%。相比之下,本文的具有较好的线性度误差和相对误差。     

CMOS工艺兼容的单片集成湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的集成湿度传感器,将湿度传感器与CMOS测量电路集成在同一芯片上.片上集成的湿度传感器为叉指电容式,感湿介质为聚酰亚胺,本文给出了相应的感湿模型.针对湿度传感器在全量程电容变化量较小的特点,本文采用开关电容电路作为片上微电容测量电路,讨论了电路的原理并给出了模拟结果.芯片采用3μm多晶硅栅标准CMOS工艺进行流水.测量结果表明,片上集成湿度传感器在5～35℃有较好的直流输出特性,并且长时间稳定性良好.     

提高电感传感器测量灵敏度的方法

电感位移传感器被广泛应用于微小位移量检测中,但在一些工程中现有传感器的测量精度和灵敏度达不到测量要求。针对这一问题,对传感器前段信号处理电路进行改进,在传感器上下线圈并联电容形成LC电路,利用LC电路谐振效应改善电路的性能,以提高信号源头的灵敏度;采用Multisim软件对半桥和全桥电路在并联不同大小的电容后的性能进行仿真,并用Matlab对生成的曲线进行最小二乘拟合,比较得出使电路性能最优的电容值和并联方法。结果表明在损失微小线性度的情况下可将灵敏度提高一倍。     

电容式加速度计结构与检测电路的研究

提出一种基于水银电容式加速度传感器的接口电路。从根本上解决加速度传感器在大冲击或恶劣环境下的测量数据难采集的问题。在此接口电路中,采用MS3110芯片对设计加工的电容式加速度计进行测试,通过单片机写入程序来控制该芯片,调节内部各参数,使MS3110工作在线性度和灵敏度最佳状态。实验结果表明,此接口电路具有很高的稳定性、灵敏度和线性度。该测量电路主要包括硬件设计和软件设计。该电路能够高精度测量微小电容,有很好的应用前景。     

电容式压力传感器微电容测量集成电路的研究

采用开关电容技术的Boxcar积分原理设计的,为测量电容式压力传感器微电容的接口电路已提出,它由Boxcar积分器,锁存器,脉冲宽度调制器和控制信号电路组成。 这个接口电路,采用3μmP-阱CMOS双层多晶硅栅工艺研制,管芯面积为2.5×3.5mm~2。测试结果表明,接口电路具有较好的灵敏度,它完全适用于与硅集成电容式压力传感器集成在同一芯片上。     

一种温度电容混合传感器的接口电路

基于NXP 0.16 μm CMOS工艺,设计并实现了一种温度、电容混合传感器的接口电路。温度传感器的前端基于双极型晶体管的温度依赖特性,将温度信息转换为与温度有关的电压信息;电容传感器的前端基于开关电容电路,将电容值转换为与电容有关的电荷。两个传感器共用一个2阶Δ-Σ模数转换器,以减小芯片面积。测试结果表明,在-55 ℃~125 ℃范围内,温度传感器的准确度达到0.2 ℃(3σ);在0~3.8 pF的范围内,电容传感器每一次测量的FOM值可达0.76 pJ。整个芯片面积为0.2 mm²,供电电压为1.8 V,电流为4.6 μA。     

基于PS021的微小电容测量模块

研究了电容式传感器的适配电路.阐述了微小电容测量电路的应用背景和国内外研究现状,针对电容式传感器的工作原理确定了适配电路的选择方案.详细介绍了PS021的特性、功能和工作原理.设计了采用该芯片的微小电容测量模块,应用系统设计方法,提高了微小电容的测量精度,具有良好的应用前景.     

基于MEMS的电容式传感器信号调理电路设计

为了提高（Micro-electro-mechanical Systems,MEMS）微机电系统电容式传感器测量低电容的灵敏度,提出了一种MEMS电容式传感器调理电路,并采用绝缘硅片（SOI）MEMS电容式加速度传感器组成了完整的电容测量系统。该信号调理电路采用了一组片上电容阵列用以抵消电容结构的失配。并且采用可调的方形波发生器来调谐系统的灵敏性,以此弥补电子装置制成后产生的变化。电路采是0.18-μm CMOS 技术设计并制成,测量结果显示,提出的测量系统能够准确测量到MEMS传感器的电容变化以及加速度,证明了信号调理电路的正确性和精确性。     

用于流体压力测量的电容传感器

叙述了电容应变式流体压力传感器的基本原理，给出了一种电容应变式流体压力传感器的检测电路，并分析了流体压力大小与传感器输出电压的关系。实验结果表明，该传感器具有精度高、线性度好、灵敏度大等优点，尤其适于微压力和大动态力的测量。     

基于差动式电容传感器的车辆载荷检测系统

针对传统车辆载荷检测系统存在的不足,提出了一种电容式车辆载荷检测系统,该系统的载荷检测传感器采用差动式结构,大大提高了测量的灵敏度和非线性,电容测量线路采用差动脉冲宽度调制集成测量电路,数据的采集和处理采用自带A/D转换器的STC89LE516AD单片机芯片,数据通信采用无线通信模式。这种载荷检测系统结构简单、成本低廉、安装方便、性能可靠、测量电路简单、抗干扰性好,可用于交通数据的采集和便携式测量,具有良好的使用前景。     

一种小型电容敏感式加速度计的研制

利用弹性良好的铍青铜为材料制作加速度计中的敏感振动元件,研制出电容敏感式加速度计。设计了一种提取差动电容信号的检测电路。给出了电路中所使用的电子元器件,经分析求解得出了电路的输出电压和传感器信号拾取电容变化量之间的正比例关系。经过实验测试,加速度计的灵敏度大约为391.12mV/(m.s-2)。     

差动电容敏感式力学传感器的信号提取电路

通过对加速度计的研究,开发了一类利用差动电容敏感的力学传感器的信号检测电路。在电路中给出了所使用的电子元器件,并进行分析求解,给出了电路的输出电压和传感器信号拾取电容变化量之间的正比例关系。经过实验测试,当电容变化0.01 pF时,就有10 mV的输出电压。故该电路可以检测微弱电容的变化,特别是电容变化量为0.01~1.00 pF的小电容变化。     

VCO电路测试新型BST电容器的可变电容特性

基于新型BST电容器的变容机理,采用集成芯片MC12148设计VCO(压控震荡器)测试电路,通过测量不同控制电压对应的频率,计算出材料的电容与介电常数,研究了新型BST的压控特性,推导出该BST材料的电压与电容关系式。结果显示:新型BST材料加正反偏压电容都发生变化;最大耐压值为40 V;其电容调谐率与压控灵敏度都很小,分别为10.691%和5.717 kHz/V;材料应用在频率合成器的微调上,可提高合成频率的灵敏度与精度。     

单一平面电容式漏水检测传感器的研究

针对北方地区冬季暖气管道漏水可能导致的大型设备机房或重要仪器损坏的问题,提出了一种用于管道漏水检测的单一平面电容式传感器的设计方案。该装置利用平面电容原理,检测水滴落在平面电容上时引起的电容变化,采用微电容测量电路将电容转换成频率,然后通过单片机处理后计算出电容值,通过和预先设定的阈值电容的比较来判断平板上是否漏水。经实际试验,该方案实施的平面电容式漏水检测传感器应用于管道漏水检测具有结构简单、成本便宜、性能可靠的特点。     

基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度为0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。     

基于DSP的称重系统中滤波器的实现

利用电容称重传感器测量载荷时,真实载荷信号非常微弱,如果不进行有效的滤波处理,会导致称重结果的不准确。文章对传感器输出电压进行了分析研究,用MATLAB仿真软件分析了滤波算法的性能,提出了基于数字处理芯片TMS320VC5416的滤波方案。试验结果表明:系统设计达到了预期的要求。     

SnO_2-LiZnVO_4系湿敏元件电容特性分析

采用共沉淀法制备SnO2-LiZnVO4系湿敏材料,研究了LiZnVO4的掺杂量对材料湿敏电容的影响。结果表明:LiZnVO4的掺杂量,环境的相对湿度(RH)、测试信号频率对湿敏电容有较大影响。当x(LiZnVO4)为10%时,可使材料具有合适的低湿电容和灵敏度。在100Hz下,当环境的RH从33%上升到93%时,SnO2-LiZnVO4系湿敏材料制备的湿敏元件的电容增量可达起始值的2300%,显示出较高的电容湿度敏感性。湿敏元件的电容响应时间约为54s,恢复时间约为60s。湿滞约为RH6%。     

Cobalt oxide nanosheet humidity sensor integrated with circuit on chip

The work studies a micro humidity sensor integrated with a seven-stage ring oscillator circuit-on-a-chip fabricated by the commercial 0.35 μm complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process and a post-process. The structure of the humidity sensor consists of interdigitated electrodes and a sensing film. The sensing film is cobalt oxide nanosheet that is prepared by a precipitation-oxidation method. The sensor, which is a capacitive type, changes in capacitance when the sensing film adsorbs or desorbs water vapor. The ring oscillator circuit is employed to convert the capacitance of the sensor into the oscillation frequency output. The post-process of the sensor includes etching the sacrificial oxide layer and coating the sensing film on the interdigitated electrodes.