表面焊接式光纤布喇格光栅应变传感器的疲劳性能研究

针对用于起重机械结构健康监测的光纤布喇格光栅(FBG)应变传感器疲劳性能未知问题,采用动态载荷与静态拉伸相结合的试验方法,对起重机械钢结构疲劳损伤监测中的3种封装形式FBG应变传感器开展了疲劳性能研究,分析了反映传感器性能的灵敏度系数、带宽、边摸抑制比、峰谷比、零点波长、动态应变分别随疲劳次数增加时的变化情况。试验结果表明:3种封装方式的FBG应变传感器疲劳前后,在加载、卸载相同载荷时,灵敏度系数相差最大不超过0.1 pm/με,带宽均值为0.19~0.23 nm,峰谷比和边摸抑制比随疲劳次数的增加变化趋势相同,零点波长变化最大值为0.31 nm,动态应变符合二次指数函数分布特征。     

MEMS仿生矢量水听器封装结构的隔振研究

利用隔振原理,设计了矢量水声传感器系统中一种新型隔振封装结构模型,即加入橡胶减振器的新型封装结构。采用ANSYS软件对封装模型进行模态分析,研究模型结构和几何尺寸对其隔振性能的影响,确定最优隔振封装结构;对模型的几何尺寸及橡胶隔震材料力学参数进行优化,并对优化模型的隔振性能进行实验测试和评估。实验结果表明：所设计的新型橡胶减振结构具有一定的减振效果,隔离了一定程度的核心器件以外的外界振动干扰,提高了原有封装结构矢量水听器的探测灵敏度。再次验证了硅微MEMS仿生矢量水声传感器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有低频灵敏度高等优点。     

基于激光偏转效应的水下邻域声场重建方法

水下邻域声场的高精度重建对研究分析邻域声场结构特点和提升水声传感性能有重要意义。在激光束宽度远小于声波波长的条件下,激光束穿过声场的偏转效应既携带了声场声压信息,也携带了梯度信息,这为直接引入Kirchhoff积分定理进行声场重建计算提供了数据传感基础。在此基础上,利用激光传感声场的稠密性,引入虚拟扩展声场孔径的计算方法,进一步接近了Kirchhoff积分定理对无穷大积分区间的理论要求。在水下邻域空间,对提出的声场重建思路和方法进行了验证。实验结果表明,与直接进行声全息的方法相比,所提声场重建方法的峰值信噪比提高了约5.5 dB,为高精度邻域声场传感器的开发提供了可行新思路。     

应用于MEMS气密性封装测试的微型湿度传感器的设计与制作

MEMS器件的封装一直是MEMS技术的难点之一，在封装设计中，如何测试封装的有效性就显得尤为重要。本文叙述了一种基于MEMS技术的微型湿度传感器的原理、设计以及工艺流程。在其上进行气密性封装，则可通过对封装内的湿度测量来判断该封装的气密性能。在设计中，充分考虑了尺寸、工艺以及灵敏度等各方面要求。制作采用的是传统的光刻、刻蚀工艺。该湿度传感器结构简单，易于制作，其性能能够满足气密性封装测试的要求。     

基于折反射星敏感器光学系统的光纤光栅温度传感器设计

为了实现太空环境下的卫星折反射星敏器光学系统中特殊结构部位的传感器的安装及温度监测,排除应变对传感器的影响,设计了一种适用于光纤光栅的环形特殊封装结构。并对传感器进行了温度标定、拉伸、温度重复性、振动及热真空实验。实验结果表明:这种封装形式的光纤光栅温度传感器线性度为0.998,温度灵敏度为8.5~8.7pm/℃,同一温度下,中心波长变化量在2pm以内,同时,该结构形变产生的应变对传感器中心波长没有影响;在振动及热真空环境下,传感器的性能不会受到影响。     

宽带声光器件声场仿真研究

该文根据亥姆霍兹 基尔霍夫积分定理，建立了两片矩形换能器在声光晶体中的声场分布模型，并利用MATLAB数值模拟中心频率为100 MHz的矩形换能器在氧化碲晶体中的声场分布，实现声场可视化。结果表明，与单片换能器声场分布相比，两片换能器的结构使声光器件的布喇格带宽增大了11 MHz。仿真结果为理解声场变化和试验结果提供了理论依据。     

FBG高温传感器及其测量性能研究

在分析了不同涂覆层FBG耐高温性能的 基础上,提出了一种具有良好精度和重复性的 FBG高温传感器,并对其封装结 构和温度测量性能进行了试验研究。 根据FBG的状态不同,设计和研究了FBG为自由状态和粘贴状态两种传感器封装结构, 选择适于高温监测的聚酰亚胺FBG进行退火优化并对其封装处理。研究结果表明:不同 封装结构对传感器测温性能具有较大的影响,FBG处于自由状态下的一次线性拟合度为 0.999优于粘贴状态,采用该封装结构的FBG 高温传感器精度达到了±0.5 ℃,适用于高温检测。     

热电式MEMS微波功率传感器的封装研究

为了研究热电式MEMS微波功率传感器封装后的性能,提出了一种COB技术的封装方案。首先,采用有限元仿真软件HFSS仿真封装前后的微波特性;然后,基于GaAs MMIC技术对热电式MEMS微波功率传感器进行制备,并对制备好的芯片进行封装。最后,对封装前后传感器的微波特性及输出特性进行测试。实验结果表明,在8～12 GHz频率范围内,封装后回波损耗小于-10.50 dB,封装前的灵敏度为0.16 mV/mW@10 GHz,封装后的灵敏度为0.18 mV/mW@10 GHz。封装后的热电式微波功率传感器输出电压与输入功率仍有良好的线性度。该项研究对热电式MEMS微波功率传感器封装的研究具有一定的参考价值和指导意义。     

基于光纤光栅的双壁开口模型管桩测试技术研究

针对光纤光栅传感器在模型管 桩试验应用情况, 提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系数应变标定方法。结合理论分析 ,在封装FBG 应变传感器前,对模型管桩内、外管进行有限元Abaqus应力分布模拟分析,得到双壁开口模 型管桩对封装 FBG应变传感器没有影响,提高了实验应变测量精度。对模型管桩封装后的FBG应变传感器进 行标定实验, 每次按200逐级加载后并卸载,循环加载5次,得到内外管FBG传感器 应变灵敏度系数分别为2.15 pm/με、2.24 p m/με,且线性度 均达到0.999以上。该方法简单、易操作,可用于光纤光栅应变传感 器在模型管桩试验前的标定,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基础。     

隧道火灾检测用光纤光栅温度传感器的封装结构

正1封装结构的性能要求用于隧道火灾检测的光纤光栅温度传感器首先要能对火灾快速响应,但普通封装结构会导致光纤光栅温度传感器的灵敏度较低,影响传感器快速响应隧道中温度变化,因此必须重新设计适合隧道火灾检测用光纤光栅温度传感器的封装结构。隧道环境比较恶劣,光纤光栅温度传感器会受到各种拉力、剪切力等作用,这对于纤细(外径约为125μm)和脆性(主要成分是SiO2)的光纤光栅是难以承受的,因     

电容式微机械超声换能器封装设计

针对电容式微机械超声换能器(CMUT)封装材料阻抗匹配失衡,应力大及声波能量损失大等问题,设计了一种在水下10m透声性能好、弯曲形变小的聚氯乙烯封装结构。依据透声理论和材料属性,计算封装结构参数。利用COMSOL Multiphysics 5.0建立封装结构三维有限元模型,通过模态分析和静态分析分别得到封装结构的固有属性和水下机械性能。封装结构的一阶共振频率为792.47Hz,不会对CMUT 400kHz的工作频段产生干扰。利用压力平衡装置保护水下系统安全性,水下10m最大形变为1.12mm,最大应力为14.4 MPa,未超过聚氯乙烯的弯曲强度。实际测试声压与理论值最大误差为4.8%,物距测量误差为1mm,设计的CMUT封装结构满足设计要求。     

MEMS压阻加速度传感器阻尼特性研究

研究了空气阻尼对MEMS压阻加速度传感器性能的影响,建立了传感器动力学模型和空气阻尼模型,分析了空气间隙大小与传感器阻尼系数的相互关系,通过控制空气间隙可以达到控制加速度传感器阻尼的目的。根据分析结果设计了三明治结构封装的传感器,应用有限元仿真软件,对传感器的应力和应变进行了仿真计算,完成传感器结构参数设计;采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装工艺,制作了MEMS压阻加速度传感器。测试结果表明,采用三明治结构封装形式,可以控制压阻加速度传感器的阻尼特性,为提高传感器性能提供了途径。     

光纤光栅应变传感器预紧封装及传感特性研究

介绍了一种具有预紧力的基片式光纤光栅应变传感器封装方法,并根据Ansys建模及实验对其传感性能进行研究。使用宽10 mm,长22 mm,厚1 mm的铝合金7075-T6材质基片对光纤光栅进行预紧封装,所得带预紧封装传感器灵敏系数为1.05 pm/με,线性度达到0.99以上。表明预紧封装基片式光纤光栅应变传感器具有良好的线性度和应变测试灵敏度,对光纤光栅传感器封装工艺有指导作用。     

光纤光栅加速度传感器高灵敏理论模型研究

以提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)加速度传感器灵敏度为导向,理 论研究增敏机理模型,并建立优化和综合性能评价判据。首先,依据惯性器件工作的机理, 建立FBG加速度传感器的通用物理新模型,讨论分析传感器的敏感结构体与FBG的设计方 式,研究其灵敏度的响应机理。其次,分析惯性质量、封装光纤长度、敏感结构体刚度和光 纤的杨氏模量对灵敏度的影响,探寻敏感结构体刚度的阈值边缘条件,实现其高灵敏度。最后, 提出FBG加速度传感器“品质因子”的概念,结合传感器的物理参数的阈值条件,研究品 质因子与惯性质量和封装光纤长度的关系。这不仅为FBG加速度传感器综合性能的评判提 供可靠的依据,还对传感器的设计与优化具有重要的理论指导意义和实际的应用价值。     

应用于MEMS气密性封装测试的微型湿度传感器的设计与制作

MEMS器件的封装一直是MEMS技术的难点之一,在封装设计中,如何测试封装的有效性就显得尤为重要.本文叙述了一种基于MEMS技术的微型湿度传感器的原理、设计以及工艺流程.在其上进行气密性封装,则可通过对封装内的湿度测量来判断该封装的气密性能.在设计中,充分考虑了尺寸、工艺以及灵敏度等各方面要求.制作采用的是传统的光刻、刻蚀工艺.该湿度传感器结构简单,易于制作,其性能能够满足气密性封装测试的要求.     

应用于MEMS气密性封装测试的微型湿度传感器的设计与制作

MEMS器件的封装一直是MEMS技术的难点之一 ,在封装设计中 ,如何测试封装的有效性就显得尤为重要。本文叙述了一种基于MEMS技术的微型湿度传感器的原理、设计以及工艺流程。在其上进行气密性封装 ,则可通过对封装内的湿度测量来判断该封装的气密性能。在设计中 ,充分考虑了尺寸、工艺以及灵敏度等各方面要求。制作采用的是传统的光刻、刻蚀工艺。该湿度传感器结构简单 ,易于制作 ,其性能能够满足气密性封装测试的要求     

MEMS机油压力传感器可靠性研究

研究了封装工艺对传感器可靠性的影响。分析和实验结果表明，机油压力传感器封装材料及各个工艺步骤都会影响传感器的性能和可靠性。贴片胶性能不能满足可靠性要求，会引起传感器信号漂移和高温不稳定性；引线键合强度不够，在工作中会断裂；硅油化学稳定和耐温性能不够好，会造成传感器高温输出信号不稳定，硅油中的空气和杂质会造成传感器零点输出偏大，使传感器的精度下降等。     

一种用于地震检波器的新型MEMS加速度传感器北大核心

设计了一种新型的可用于地震检波器的三明治结构MEMS电容式加速度传感器,采用四层硅-硅键合技术获得双面梁-质量块结构与圆片级真空封装,其具有大电容、高分辨率的特点。传感器采用悬臂梁结构减少高温键合过程中热蠕变带来性能影响,并具有良好的抗冲击性。传感器芯片体积为6.3 mm×5.6 mm×2.2 mm,其中敏感质量块尺寸为3.3 mm×3.3 mm×1.0 mm。对封装后的传感器性能进行了初步测试,结果表明,制作的传感器灵敏度达24.4 pF/g,谐振频率为808 Hz,Q值为22,在2 000 g,0.5 ms加速度冲击后仍能正常工作。接入闭环电路进行重力场静态翻滚实验标定,传感器二阶非线性小于0.2%,交叉轴敏感度小于0.07%。     

湿度传感器封装的研究进展

湿敏芯片的关键元件是湿度传感器，为了延长湿敏元件的使用寿命，提高湿度传感器的性能，必须对湿敏芯片进行封装。本文主要介绍了湿度传感器封装的研究现状和发展趋势，详细描述了TO、SIP、SOP、LCC等几种湿度传感器封装形式的结构、工艺以及特点，指出了各种封装形式的优缺点。并且对湿度传感器封装的发展趋势作了一定的探讨，指出了SOP，LCC等封装方法将是未来湿度传感器的主流封装方法。     

SOI基底上制备的用于检测机器人手指接触力的微压阻式力传感器

为了使工业机器人可以稳定、高效地完成夹持任务,设计并制备了三种不同结构的微压阻式力传感器。利用热氧化、硼扩散掺杂、光刻、反应离子刻蚀、物理气相沉积和阳极键合等微电子机械系统(MEMS)加工工艺在绝缘体上硅(SOI)基底上制备出了尺寸均为2 mm×2 mm×0.5 mm的三种微压阻式力传感器。通过封装前后对三种传感器在z方向上的应力灵敏度测试,结果表明第二种传感器的灵敏度较佳,封装前可达0.18 mV/mN,封装后仍可达0.096 mV/mN,仅减少了0.084 mV/mN,仍具有良好的线性关系,输出特性的趋势与预计一致。同时,这三种不同结构的传感器各方向之间的串扰均小于5%,非线性小于满量程的3%。通过封装前后力传感器性能对比,为优化此类传感器设计提供了实验数据,为后续配置在机器人的指尖上实现高效、稳定的操作提供了参考。