基于MEMS热电堆传感器的高温测量技术

为了拓宽MEMS热电堆传感器的温度测量范围,实现高温测量,根据MEMS热电堆传感器的原理,设计完成了A2TPMB34型MEMS热电堆传感器静态与动态标定装置,通过试验得到标定结果;同时,提供了基于MEMS热电堆传感器实现瞬态高温测试的技术方案和实现手段,并对其关键部分一红外衰减片性能进行了分析和讨论。     

基于氧化锆功能陶瓷的无源压力传感器的制备与测试

氧化锆功能陶瓷因其稳定的物理特性、机械韧性和高温鲁棒性得到了广泛的应用.从非接触无源信号测试技术的基础研究出发,以LC无源谐振电路为技术背景,提出了采用氧化锆流延生带来实现MEMS压力微结构的设计方案,并通过利用陶瓷生片叠片工艺技术和厚膜印刷技术成功制备了压力传感器.根据电感耦合原理实现了传感器的非接触环境压力测试,通过在最大耦合距离为1 cm的条件下测试获得的压力传感器的灵敏度为7.5 MHz/bar.本传感器有效避免了微器件封装、引线外联的问题,从而为以后压力传感器应用在较高温度环境奠定基础.     

一种双端排布热电堆结构设计与仿真优化

微机电系统(MEMS)红外热电堆是光谱仪、气体传感器、远程温度传感器等现代信息探测系统的核心工作器件,较高的表面利用率和响应度以及更简易的制备工艺将是未来该类器件制造技术的发展趋势。分别采用热偶条双端对称排布、取消红外吸收区、扩大冷端欧姆接触面积、支撑膜边缘开通绝热槽、充分发挥氮化硅钝化与红外吸收双功能作用等设计理念,对热偶条温差分布进行优化,研究热电堆性能的变化规律。采用ANSYS Workbench有限元分析软件对器件进行仿真发现：当传感器设计尺寸为1.5 mm×1.5 mm×0.3 mm,有效面积为1.21 mm²,绝热槽为1.1 mm×20μm时,双端开槽的热电堆探测器在具备更低制备成本的同时表现出最优性能。通过与普通双端热电堆性能进行仿真对比,发现绝热槽的引入使得探测器输出电压提升88.5%。这为未来温度传感器的设计制造提供了新颖的思路。     

陶瓷薄膜热电偶研究进展

实时监测飞机发动机各部件表面工作温度对发动机安全监控及性能验证等有重要意义,随着第三代飞机发动机——陶瓷发动机的开发,陶瓷薄膜热电偶已成为研究热点.综述了陶瓷薄膜热电偶材料种类、制备工艺、热电性能、高温稳定性及其测试技术的研究现状,指出了陶瓷热电偶当前需要研究的问题.     

掺杂n+GaAs的热电式MEMS微波功率传感器在Ka波段的研究

本文主要通过理论设计和性能测试,研究了热电堆的半导体臂n+GaAs的掺杂浓度对热电式MEMS微波功率传感器在Ka波段工作性能的影响.该类传感器基于微波功率-热-电转换原理工作,其中热电堆是由半导体臂n+GaAs和金属臂Au构成.通过建立理论分析模型,探究了灵敏度、信噪比与掺杂浓度之间的关系,以指导传感器的结构设计,并基...     

MEMS热电堆传感器的红外探测系统

为了实现远距离红外目标的运动和静止状态的识别,设计了基于热电堆红外传感器的红外探测系统,系统包括梯析(GRIN)透镜、微系统(MEMS)热电堆传感器、信号调理电路、数据采集电路和识别算法.探测结果表明:在相同光路系统的情况下,探测系统实现了比热释电系统更远的探测距离,实现了动态目标和静态目标的识别,并基于探测目标温度、辐射面积的区别,实现了人、车辆和其他红外目标的分类识别,可为红外目标的探测识别提供一种新的解决方案.     

基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO₂/Al₂O₃热阻层、顶层Al₂O₃保护层组成,底层SiO₂/Al₂O₃热阻层位于Al₂O₃陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0～110 kW/m²的热流和1 000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10^-6 V/(kW/m²),实...     

一种黑硅吸收层的热电堆红外探测器设计

设计一种以黑硅这种对几乎所以可见光和部分红外光具有很高吸收率的新型材料作为表面吸收层的热电堆红外探测器,针对这一设计作出了大量关于黑硅对不同波长下的红外吸收率的研究。通过红外基本理论,结合MEMS工艺的兼容性,设计采用两种热电偶材料叠放的方式,并以氧化硅薄膜作为隔离的结构;另外,探测器采用氧化硅上制作的多晶硅作为新型衬底。在器件释放中被XeF2正面腐蚀的部分是多晶硅,这样的设计解决了硅释放的对准问题和SOI衬底陈本高的问题。这种材料可以提高探测器的性能同时减小成本。     

LC谐振式高温压力传感器高温下信号衰减的研究

基于LC谐振式传感器在高温下的测试随温度升高会发生信号衰减,频带变宽等现象,为了研究影响信号衰减的主要因素,借助于MATLAB软件,在理论上分析各个因素对信号衰减的影响,初步得出传感器寄生电阻是信号衰减的主要原因;最后,通过分别制作电感线圈和电容陶瓷片模型,并在500℃范围内进行测试,发现电感线圈寄生电阻值增加了6.7Ω,极板电容值增加了0.55 pF,因此得出寄生电阻是信号读取衰减的主要原因。     

微机械热电堆红外探测器的设计

阐述了微机械热电堆的设计原理、所用材料及主要结构,并研究了3×3阵列的微机械制造工艺,该热电堆结构支撑结构为氮化硅—氧化硅—氮化硅的复合介质膜。热电偶材料采用多晶硅和铝,热电偶采用并列排布的结构,对冷端覆盖了绝热层,用以提高热电堆的探测率。由于该制作工艺与标准IC工艺兼容,使得硅基热电堆红外探测器得到了越来越广泛的应用。     

Integrated self-assembling and holding technique applied to a 3-D MEMS variable optical attenuator

The application of polysilicon/gold bimorph stress-induced curved beams for three-dimensional self-assembly of MEMS devices is reported. The mechanical principle behind this self-assembling procedure is presented and comparison with current assembling methods are made. With this self-assembling technique, no postprocessing is required. A free-space optical MEMS device in the form of a variable optical attenuator (VOA) has been fabricated and self-assembled using this technique. The angular elevation of the self-assembled structures and the attenuation characteristics of the optical MEMS device are reported. The VOA has a measured dynamic attenuation range of 44 dB at 1.55 /spl mu/m optical wavelength. The bending of the bimorph beams is also temperature controllable, and the thermal behavior of the beams is also reported.     

纤毛式MEMS传感器技术研究

首次综合国内外纤毛式MEMS传感器的研究成果,分别介绍了基于纤毛仿生原理的三维微触觉传感器、三维微力传感器、微声传感器、水流传感器、微几何测量传感器以及矢量水声传感器等。该类型传感器充分地将仿生学和MEMS技术结合起来,具有结构新颖精巧、体积小、功耗低、响应快、温漂小、精度高等优点,为开发具有自主知识产权的新型器件提供了新的思路。     

基于ARMA建模的MEMS陀螺随机误差补偿改进算法研究

基于MEMS技术生产的MEMS器件,具有体积小、重量轻、成本低、耐冲击性、高可靠性等特点,它被广泛应用于动态水平测量装置当中。但是由于外界环境的干扰,MEMS器件的测量精度一直难以达到实际应用水平。分析了在动态水平测量当中影响MEMS器件测量精度的各种因素之后,提出了一种基于ARMA模型的针对MEMS陀螺器件随机误差补偿的改进型算法。以某型号的陀螺的随机误差为研究对象进行实验验证,结果表明,MEMS陀螺的测量精度在滤波之后有了明显的提高。经过改进后的卡尔曼滤波器和引入自适应渐消因子的卡尔曼滤波器,在静态环境下,它们的误差标准差分别降为原始误差的3.75%和4.8%,动态环境下的滤波精度也得到有效提高。证明该方法是可行的和有效的,具有较大的工程实践意义。     

可调谐激光二极管吸收光谱残余光强调制补偿技术研究

分析了可调谐激光二极管吸收光谱仪器中残余光强幅度调制对谐波探测和全数字化信号处理的影响;搭建了基于电压可调谐光强衰减器(MEMS VOA)的光强残余幅度调制的补偿实验系统平台;实验结果表明,本补偿装置可以把残余光强调制降低到补偿前的1/20,并将其带来的二次谐波线型畸变降低60 %以上;初步证实了利用本方法消除二次谐波畸变并实现全数字化处理的可行性.     

Reliability design of thermally actuated MEMS switches based on V-shape beams

This paper presents the design and fabrication of the thermally actuated MEMS switches based on out-of-plane V-beams. The purpose of this research is to analyze the mechanical response of a V-thermal actuator fabricated from aluminum in order to improve the accuracy in response and to increase the switch lifetime. The actuation of this kind of switches is based on the thermal displacement of the mobile electrode under thermal load that is generated when the actuation voltage is applied. It can be used either as a capacitive switch or as a metal-to-metal one. The displacement of the mobile electrode for a given temperature is analytically calculated and validated both numerically and experimentally. Experimental investigations are performed on a macro-scale sample using a 3D digital image correlation measuring system, a heating source and a thermal camera for temperature monitoring. The first fabrication steps of the MEMS switch based on the V-beam thermal actuator are presented. The out-of-plane V-beams thermal MEMS switches can be monolithically integrated in RF applications.

     

基于MEMS组合模块的姿态检测系统设计

在研究两轮自平衡电动车的平衡控制的基础上,设计了基于MEMS组合模块的姿态测量系统.通过对各MEMS传感器输出信号特征的提取、分析,将离散化低通滤波器模型与互补滤波的思想相结合,巧妙地构造出一种便于本系统实现的数据融合模型.同时,提供了一种基于MEMS组合模块姿态检测的低成本、可行性方案.     

CMOS红外传感器的模型研究

对基于标准CMOS工艺的二极管型红外传感器进行物理建模和理论推导,并对所建模型进行了仿真。该红外传感器利用二极管两端的电压随温度变化特性来感测红外线。从电流与温度变化的关系着手,推导出电压与温度变化关系,对红外传感器的一些重要参量进行了讨论。仿真结果表明:所建模型基本与实验结果相符。     

基于MEMS传感器的脊柱形态检测系统设计

鉴于传统的脊柱检测普遍具有放射性,设计出基于MEMS传感器的无放射性脊柱形态检测系统。检测系统使用MEMS姿态传感器测量被测人背部脊柱姿态角度,由微处理器STM32进行数据读取、分析、处理后,在显示模块上显示检测结果,并将检测结果发送到上位机。检测系统可以分析被测人脊柱的Cobb角和轴向躯干旋转角度ATR,判断被测人脊柱是否畸形。     

基于微流量热导传感器的氢气浓度检测系统研究

对氢气分析仪器中的核心传感器进行研究,采用基于MEMS工艺的微型热导传感器,代替现有分析仪器常用热导池检测器,设计了氢气浓度检测系统机械结构;设计信号调理电路,并在传感器外部设计环境温度控制电路,以实现传感器的恒温检测.传感器输出的微弱信号经测量电桥调理输出,通过集成运算放大器加法、放大运算,最后把标准电压信号送入单片...