基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器

针对体内介入式医疗应用需求,提出一种基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器设计与制作方法。 通过理论分 析建立了适合超弹性体硅橡胶材料的 Mooney-Rivlin 力学仿真模型,对不同组分、厚度感压材料的受压变形状态进行了理论分 析,并获得优化的传感器材料及结构参数。 进一步提出微型光纤法珀压力传感器的制作方法,通过感压性能测试、温度影响测 试和体外血液压力测试,对比验证了不同参数传感器的感压性能。 结果表明,在感压材料直径 180 μm、厚度 250 μm 时,测压范 围 0~ 40 kPa 内传感器的压力灵敏度达到 154. 56 nm/ kPa,20℃ ~ 50℃大温度范围内引起的压力测量相对误差仅为 0. 36% ,温度 对压力测量的影响完全可忽略。 相比传统膜片式光纤压力传感器,基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器不仅尺寸小、 灵敏度高,还具有成本低、方便制作的技术优势。     

光纤珐珀高温压力传感器的设计与性能测试

为了提高传感器在高温恶劣环境下的测试性能,结合单晶蓝宝石优异的特性,研究了一种能在高温恶劣环境下长期稳定工作的全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器,并对其设计、制造工艺及性能测试进行了详细的分析说明.首先,利用光纤珐珀干涉原理及斐索干涉仪的信号解调原理,对传感器进行了结构的设计;其次,采用蓝宝石刻蚀工艺、激光加工工艺及对蓝宝...     

通用型耐高温微型压力传感器封装工艺研究

针对通用型高温微型压力传感器的测量要求,采用SIMOX(separation by implanted oxygen)技术SOI(silicon on insulator)晶片4层结构Pt5Si2-Ti-Pt-Au合金化引线系统,解决了高温压力传感器引线的难点。制作了静电键合实验装置,完成了硅／玻璃环静电键合,制作了压焊工作台,选用退火后的金丝,金金连接完成内引线键合。自制了耐高温覆铜传引板,定制了含Ag的高温焊锡丝,选用了耐高温导线作为外导线,完成了耐高温封装的关键部分。研制了高精度、稳定性的压阻式压力传感器。     

基于法珀腔光纤传感器的光纤智能夹层的研究

法珀腔光纤传感器是一种适合于智能结构自诊断系统的光纤传感器.在理论分析了法珀腔光纤传感器的基础上,对一种模块化的光纤自诊断系统--光纤智能夹层进行了研究,并对基于光纤法珀腔传感器的光纤智能夹层试件进行了四点弯曲试验.结果表明,光纤智能夹层具有易于制作,使用方便等诸多特点;智能夹层中光纤法珀腔传感器的应变与载荷之间具有良好的线性关系.利用智能夹层中的光纤传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统.     

新结构的硅一体化双岛压力传感器

本文所述的新结构的硅一体化双岛压力传感器与传统的双岛压力传感器相比具有温度特性好、工艺简单等优点，对过载保护后传感器输出特性的饱和，给出了一个新的解释。     

基于DSP的新型光纤法珀传感解调系统

利用光谱仪和PC搭建光纤法珀传感器解调系统简单、可靠，但存在体积大、测速慢等不足。为了解决这一问题，本文采用可调谐光纤法珀滤波器替代光谱仪，在DSP平台上进行了系统的搭建。在此基础上，进行了硬件和软件的设计，研制了一体化、便携式新型解调仪并进行了应变测量实验，实验结果证明了系统的可行性。     

基于空芯光纤的复合双腔光纤法珀盐度传感器

为实现高灵敏度的盐度测量,提出了一种基于空芯光纤的单模光纤–空芯光纤–单模光纤(SMF-HCF-SMF)复合双腔光纤法珀(F-P)盐度传感器.该传感器通过精密切割结合光纤熔接技术制备,结构小巧,工艺简单.通过HCF段空气腔与SMF段介质腔所对应的反射光谱干涉信号的振幅之比对盐度进行测量,可以有效剔除光源功率起伏以及其他...     

基于光纤光栅法珀腔传感器的结构表面温度测量方法

针对结构表面温度测量需求,提出了一种基于光纤光栅法珀腔传感器的表面温度测量方法,通过光纤光栅和光纤法珀传感同时获取被测结构的温度、应变信息,从而补偿应变对温度的交叉敏感。本文分析了光纤光栅法珀腔的表面温度测量原理,通过仿真对传感器的主要参数进行了设计;并提出了一种基于双参数的最小均方差估计算法用于光纤光栅法珀腔传感器的信号解调;最后,对光纤光栅传感器和光纤光栅法珀腔传感器进行了温度测量对比实验。试验结果表明,光纤光栅法珀腔温度传感器在常温到400℃范围内,温度测量值的直线拟合相关系数为0.998 4,最大误差百分比为1.46%,均优于单光纤光栅温度传感器。     

非本征法珀型超声传感器输出信号的特征

根据多光束干涉原理制备了非本征光纤法珀(FP)型传感器,用于测量在液体中传播的超声波,分析了传感器灵敏度和幅频特性的影响因素,研究了其输出信号的特征.用镀膜的石英膜、尾纤端面和空气腔形成FP干涉腔.建立了传感器参数确定的方法,对石英膜的幅频特性进行了理论分析和实验验证.最后,建立了非本征光纤FP超声测量系统,讨论和验证了不同工作点状态对系统输出信号特征的影响.实验结果表明,本文制备的非本征法珀型超声传感器可以进行液体中超声的测量;传感器的一阶谐振频率为140 kHz,灵敏度为0.005 nm/Pa.该传感器的输出信号特征决定于工作点状态及输入信号的调制深度,当工作点位于工作曲线的线性区中点时,输出信号的灵敏度最高;当过调制时,输出信号出现倍频,可以扩大测量范围.     

非本征法珀型超声传感器输出信号特征的研究

设计了一种由石英膜与尾纤端面组成的非本征型光纤法珀超声传感器,用于水下超声测量,讨论了其频率响应和灵敏度的影响因素;由于法珀传感器的工作点状态影响系统输出信号,本文分析了不同条件下该传感器的输出信号特征,为信号解调提供依据。与其他传感器相比,该传感器不受光源功率波动的影响,响应频率高,是水下超声检测的很好选择。     

MEMS高温压力传感器研究与进展

MEMS高温压力传感器随着新型半导体材料和加工工艺的不断深入研究而迅速发展,近年来这一研究方向涌现出不少研究成果.对国内外具有主导影响的多晶硅、SOI、SOS、金刚石薄膜、SiC、电容式、声表面波、光纤式等几类耐高温压力传感器的研究进展、技术关键及应用情况等做回顾论述,并针对各自的主要优缺点进行对比分析和讨论,最后展望了高温压力传感器的发展趋势.     

用于蒙皮外表面空气流测量的MEMS微型压力传感器

为实现飞行器蒙皮外表面空气流的分布式压力检测,设计了基于微机电系统(MEMS)技术的光学压力微型传感器。传感器敏感元件主体结构采用单晶硅的法布里帕罗标准具,并通过光纤与发光二极管和光电探测器等光学元件相连。确定了MEMS微型传感器的关键结构与尺寸,并对压力敏感膜片的变形及反射率等进行了理论计算和行为仿真,结果表明达到预期的设计目标。该传感器具有精度高、抗电磁干扰、尺寸小、耗能低等优点。     

非本征法布里-珀罗腔光纤压力传感器研究进展

基于敏感Fabry-Perot腔测量外界应变的光纤传感器近年来得到广泛的研究,介绍了国内外非本征Fabry-Perot腔光纤压力传感器发展的进程及实用化过程中迫切需要解决的关键问题,如传感器结构设计、敏感材料的选择,初始腔长的选择与控制,静态工作点的选择与自补偿等。     

Multi-discharge EDM coring of single crystal SiC ingot by electrostatic induction feeding method

A new technique of EDM coring of single crystal silicon carbide (SiC) ingot was proposed in this paper. Currently single crystal SiC devices are still of high cost due to the high cost of bulk crystal SiC material and the difficulty in the fabrication process of SiC. In the manufacturing process of SiC ingot/wafer, localized cracks or defects occasionally occur due to thermal or mechanical causes resulted from fabrication processes which may waste the whole piece of material. To save the part of ingot without defects and maximize the material utilization, the authors proposed EDM coring method to cut out a no defect ingot from a larger diameter ingot which has localized defects. A special experimental setup was developed for EDM coring of SiC ingot in this study and its feasibility and machining performance were investigated. Meanwhile, in order to improve the machining rate, a novel multi-discharge EDM coring method by electrostatic induction feeding was established, which can realize multiple discharges in single pulse duration. Experimental results make it clear that EDM coring of SiC ingot can be carried out stably using the developed experimental setup. Taking advantage of the newly developed multi-discharge EDM method, both the machining speed and surface integrity can be improved.     

基于非本征光纤F-P腔的低压传感器研究

介绍一种基于非本征F-P腔(extrinsic Fabry-Perot cavity)的干涉/强度调制型光纤低压传感器。给出低压传感探头的结构设计和测量原理。利用石英膜片对光纤EFPI压力传感头进行压力测量灵敏度放大;通过不同谱宽的两路光信号的自补偿运算,提高系统的稳定性和抗干扰性。该传感器在0~1.5×105Pa的压力测量量程内,压力变化最小分辨率达到50 Pa,在连续15 h的动态测量下,测量偏差为0.1%FS。     

超轻量化SiC反射镜的制备及性能

采用真空辅助凝胶注模和反应烧结法制备了面密度分别为9.35和11.7kg/m2,直径分别为200和500mm的两块超轻量化SiC反射镜,检测了反射镜的主要性能。结果显示:由于在真空环境下浇注,坯体没有宏观缺陷。材料中细小SiC颗粒的存在使材料具有相对较高的抗弯强度(335 MPa)和断裂韧性(4.5 MPa·m12)。此外,反射镜材料金相组织中未出现明显的SiC颗粒定向排列,具有较好的各向同性度:不同方向热膨胀系数差异小于3%,模量差异为1.3%。镜坯经过光学加工后面形误差(RMS值)为0.043λ(λ=632.8nm),表面粗糙度(Ra值)优于5nm。实验表明,真空辅助凝胶注模成型结合反应烧结工艺制备的超轻量化SiC反射镜各方面性能良好,适用于制备空间相机用反射镜。     

基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器复用系统

提出一种基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器的空分复用系统,实现了多个光纤F-P传感器的准分布式实时测量。利用虚拟仪器技术,对传感器的反射信号进行采集和相应的处理,从而解调出传感器所受到的压力。传感器的反射信号以及所受压力值都能在图形界面上实时显示并保存。实验结果表明,该系统具有良好的线性、灵敏度和精度,复用能力强,能实现压力的准分布式测量,操作方便,响应速度快。     

大量程SOI压阻式压力传感器设计

文中设计了一种浅凸台结构的SOI压阻式压力传感器。这种膜片结构解决了由于压力量程扩展导致传感器的灵敏度和线性度无法同时满足使用要求的问题。考虑电阻的设计约束以及浅凸台制作过程中的光刻和刻蚀偏差,采用U型电阻保持高灵敏度和线性度。利用ANSYS软件模拟了膜片结构的力学性能,验证了理论分析的正确性;仿真优化了电阻的形状和位置,预估了传感器的性能。介绍了敏感单元的加工工艺。设计的传感器灵敏度为93.4μV/(V·k Pa),非线性误差小于0.22%,可实现对量程高达10 MPa压力的测量。     

谐振式MEMS压力传感器的制作及圆片级真空封装

为了提高传感器的品质因数,有效保护谐振器,提出了一种基于绝缘体上硅(SOI)-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统(MEMS)压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术(DRIE),分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜;然后,通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后,利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔,通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接,成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明:该真空封装方案简单有效,封装气密性良好;传感器在10kPa~110kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99999 542。     

碳化硅基MOEMS压力传感器建模与仿真研究

针对航空航天领域对高温极端条件下压力测量的高性能要求,提出一种基于碳化硅(Si C)弹性敏感膜片曲率变形来实现反射式光纤传感测量压力的方法。基于弹性力学理论和网格模拟方法探讨了敏感元件Si C圆平膜片的应力和形变分布,推导出光纤反射式微机电系统Si C压力传感器的数学模型,并对Si C压力传感器敏感元件的最大量程、灵敏度、输入-输出特性等进行了一系列的优化分析和计算机模拟。仿真结果表明了Si C敏感膜片的光测力灵敏度最优设计方法,在大量程范围内具有优越的线性工作特性,为研发大量程碳化硅基微光机电系统(MOEMS)压力传感器提供了有力的理论依据。