宽温区工作压力传感器热力学研究

介绍了硅-蓝宝石压力传感器的钛合金-蓝宝石复合弹性膜片在宽温区工作时温度变化材料不匹配引起的结构热应力,对弹性膜片的受热情况进行了分析,对不同结构形式传感器热稳定性影响程度进行了对比,利用P型掺杂硅温度特性减少结构热应力影响、降低传感器的热零点漂移.通过膜片结构选择和设计、材料选择、工艺优化和控制等可以使硅-蓝宝石压力传感器在-55~350℃宽温度范围内工作时热漂移不大于0.015%FS/℃,提高了宽温区工作时传感器的热稳定性.     

气体流速流向传感器及其温度补偿的研究

设计了一种内燃机用气体流速、流向传感器,阐述了传感器的工作原理;介绍了应用单片机对传感器输出信号进行线性化和温度补偿处理的方法。试验结果表明:该传感器在-20~100℃温度范围内,温度稳定性高,零点温度漂移为4.0×10-3%FS/℃,准确度可达到±1.0%FS,性能指标达到了设计要求。     

热膜风速计温度校正研究

为提高热膜风速计在非恒温流场状况下的测量精度,提出了一种温度自动校正方案。通过对热膜探头的温度特性分析,提出采用铂电阻作为热膜风速计的温度补偿元件。经温度校正后,热膜风速计零点温度漂移可以达到4.8×10-2%FS/℃,灵敏度温度漂移可以达到-1.0×10-2%FS/℃。试验结果表明:利用铂电阻对热膜风速计进行温度自动校正取得了较为理想的效果。     

片上温漂补偿的压阻式压力芯片的设计与制造

为解决硅压阻式压力芯片灵敏度随着温度变化发生漂移的问题,设计了一种在片上集成温度补偿结构的压力芯片。在压力芯片上制备电阻温度系数(TCR)为负数的多晶硅电阻用于分压,调整不同温度下的惠斯通电桥端电压以达到灵敏度补偿的效果。本文的研究包含理论分析、参数计算,并进行了芯片制备和性能测试。性能测试结果表明,补偿后的耐高温封装传感器芯片在-50℃～270℃区间内,温漂为-0.034%FS/℃,简易封装传感器芯片在-40℃～125℃区间内的温漂为-0.008%FS/℃,该补偿芯片的温漂远小于无补偿的压力芯片。     

静电激励硅微机械谐振压力传感器设计

设计了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器,采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器,利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对传感器检测信号微弱和同频干扰严重的特点,在芯体和接口电路设计中采取添加屏蔽电极、降低交流驱动电压幅值、差动电容检测和高频载波调制解调方案等多项措施。同时基于该接口电路设计了开环测试系统,并在常压封装条件下对传感器进行了初步性能测试。实验结果表明:其基础谐振频率为33.886 kHz,振动品质因数为1222;测量范围为表压0~280 kPa,非线性为0.018%FS,迟滞为0.176%FS,重复性为0.213%FS;在-20~60℃的温度范围内,谐振器的平均温度漂移为-0.037%/℃。     

单晶硅压力传感器温度漂移的补偿方法

介绍了单晶硅压力传感器温度漂移的机理,阐述了采取串并联电阻网络和有源电路分段等综合补偿方法的补偿原理.实验结果表明:在-45～85℃温区内,补偿后,热零点漂移和热灵敏度漂移从±0.5%FS/℃提高到±0.014%FS/℃.     

厚膜压力传感器的结构优化

为提高厚膜压力传感器的稳定性,借助有限元分析软件Ansys,研究了厚膜压力传感器弹性体的应力分布,进而设计了应变电阻的尺寸,并优化了其布局。采用Ф18mm的96%A l2O3弹性体瓷件研制了一种新型厚膜力敏芯片,实验结果表明:它的热零点温漂小于3×10-4FS/℃,过载达120%,非线性误差及迟滞误差都小于±0.2%FS,精度由±0.4%FS提高到±0.2%FS,其线性度和稳定性得到很大提高,可广泛应用于仪器仪表、测控和导航等领域。     

带恒温控制与自校正的硅铝异质结构压力传感器研究

传统硅基压力传感器普遍具有灵敏度低、温漂和时漂明显等半导体器件固有属性.本文提出的硅铝异质结构MEMS压力传感器及其恒温控制和自校正方法可一定程度上解决该问题.采用SOI硅片制造了具有压阻放大效应的新型硅铝异质结构压力传感器芯片,利用有限元仿真验证了其有效性.随后为其设计了恒温控制封装结构和自适应优化目标值PID加热控制策略,采用热稳态分析验证了该恒温控制封装的合理性.传感器采用AD5420可调电流源来模拟传感器的标定压力,在传感器发生一定时漂特性后更新传感器的输出特性,完成自校正操作.实验表明单个应力敏感硅铝异质结构在恒温系统控制下达到0.283 mV/V/kPa的灵敏度,结合温度参考结构的差分输出,传感器的热零点漂移系数从-6.92×10-1％FS/℃减小至-1.51×10-3％FS/℃,且可达到±5.5 kPa的预测误差,同时自校正操作将传感器最大预测误差从-6.1 kPa减小至5.0 kPa.本文提出的硅铝异质结构压力传感器的温度补偿与时漂补偿方案对优化压阻式压力传感器的综合性能有着一定的借鉴意义.     

圆片级叠层键合技术在SOI高温压力传感器中的应用

针对绝缘体上硅(SOI)异质异构结构特点,提出了两次对准和两次阳极键合工艺方法,实现了圆片级SOI高温压力传感器硅敏感芯片的叠层键合。采用玻璃—硅—玻璃三层结构的SOI压力芯片具有良好的密封性和键合强度。经测试结果表明:SOI高温压力传感器芯片键合界面均匀平整无缺陷,漏率低于5×10~(-9)Pa·m~3/s,键合强度大于3 MPa。对芯片进行无引线封装,在500℃下测试得出传感器总精度小于0. 5%FS。     

电容式薄膜真空压力传感器设计

为了满足在工程型号上的使用要求,解决真空压力传感器敏感探头壳体与传感器壳体隔离绝缘问题;传感器输出信号非线性的补偿问题;传感器热零点漂移的全电路的温度补偿问题,采用电容式薄膜封装结构,壳体为电容的另一极,在0.1~100 Pa的范围内进行了校准测试,实现了传感器0.2%FS的测量精度.     

一种流量压力温度一体化传感器的设计

为了实现多参数综合测量,设计出一种小流量、压力、温度一体化传感器,该传感器主要由敏感元件和调理电路组成,信号输出采用0～5 V模拟输出.对传感器进行各项环境试验,试验结果表明:该传感器流量精度优于3％,压力精度优于0.2％,温度精度优于0.5％,流量热零点漂移小于0.2％ FS/℃,压力热零点漂移小于0.1％ FS/℃...     

温度流量复合传感器

温度流量复合传感器用来同时测量水、酒精和煤油等液体介质的温度和流量。温度敏感元件采用Pt10 0 0 ,它的温度系数是 385 0× 10 -6/℃。流量采用旋翼式涡轮流量传感器测量。叶轮上的磁钢随着流体介质的流动而做圆周运动 ,磁钢上方的霍尔元件在磁钢通过它时输出电脉冲信号 ,频率电压转换器将正比于流量的频率信号转变成电压信号。温度和流量传感器的测量范围和准确度分别为 0～ 10 0℃、0～ 10L/min、± 0 .5℃、± 2 %FS。     

闭环反馈式数字磁通门传感器

针对传统磁通门传感器模拟电路温度性能相对较差的问题,研究了一种闭环数字磁通门传感器。利用高速A／D直接采样传感器信号,用单片机进行数字信号处理,再经D／A转换输出反馈信号。详细介绍了传感器的硬件结构和软件设计,并用该传感器对地磁场进行了测量试验。结果显示：它的零位温度系数为6．7×10^-10／℃,灵敏度温度系数为2．5×10^-4／℃,线性度达到了5．4×10^-3。     

用于低温环境的铂电阻温度微传感器

目前,铂电阻温度传感器主要应用于73 K(-200℃)以上环境的温度检测。设计了可用于10 K(-263℃)～200 K(-73℃)低温区的铂电阻温度微传感器。铂电阻温度微传感器采用对称的折回型结构,这种结构有效地降低了交流感抗的影响。传感器的敏感薄膜是一层采用磁控直流溅射沉积厚度为200 nm的铂薄膜。采用QD PPMS仪器测试传感器的电阻与温度的变化关系,得出传感器的电阻温度系数(TCR):研制的温度传感器的电阻温度系数在温度高于30K(-243℃)时可达到9980×10-6/K,同时在低于30K(-243℃)的深低温区域TCR也可达到3730×10-6/K。     

A novel high sensitive MEMS intraocular capacitive pressure sensor

This paper presents a novel high sensitive MEMS capacitive pressure sensor that can be used as a part of LC tank implant circuit for biomedical applications. The pressure sensor has been designed to measure pressures in the range of 0–60 mmHg that is in the range of intraocular pressure sensors. Intraocular pressure sensors are important in detection and treatment of an incurable disease called glaucoma. In this paper two methods are presented to improve the sensitivity of the capacitive pressure sensor. First low stress doped polysilicon material is used as a biocompatible material instead of p++silicon in previous work (Gu in Microfabrication of an intraocular pressure sensor, M.Sc Thesis, Michigan State University, Department of Electrical and Computer Engineering, 2005) and then some slots are added to the poly Si diaphragm. The novelty of this research relies on adding some slots on the sensor diaphragm to reduce the effect of residual stress and stiffness of diaphragm. The slotted diaphragm makes capacitive pressure sensor more sensitive that is more suitable for measuring intraocular pressure. The results yield a sensor sensitivity of 1.811 × 10^?5 for p++silicon clamped, 2.464 × 10^?5 1/Pa for polysilicon clamped and 1.13 × 10^?4 1/Pa for polysilicon slotted diaphragm. It can be seen that the sensitivity of the sensor with slotted poly Si diaphragm increased 6.2 times compared with previous work (clamped p++silicon diaphragm).     

分布式光纤测温系统及高速数据采集与处理

分布式光纤测温系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感器系统。介绍了一种以数字信号处理器(DSP)为核心,以并行高速流水线式A/D转换器、先入先出队列芯片(FIFO)、可编程逻辑器件(CPLD)为主体的分布式光纤测温系统。其数据采集速率每秒可达10×107次,空间分辨力达1m,温度分辨力为1℃,并能直接在主机中解调出温度数据。