微型热式剪应力传感器的热特性建模

为了提高微机电系统(MEMS)微型热式剪应力传感器的灵敏度,分析了MEMS微型热式剪应力传感器的热平衡机理,建立其相应的数学物理模型.从理论上分析了传感器的热膜、绝缘层及硅基底上的空腔尺寸等结构参数对其灵敏度的影响,并将研究结果与基于Fluent软件的数值模拟结果进行对比.结果表明,所建立的数学模型是合理的.     

微型剪应力传感器的热特性分析

研究不同结构、不同热敏元件温度和不同工作介质等情况下剪应力传感器的性能差异.通过实验和数值模拟相结合的方法对剪应力传感器进行了热特性分析.数值模拟结果发现:采用热敏元件下部埋置真空空腔的结构,隔热效果最佳;选择相对较高的热敏元件温度和较高热物性系数的工作气体有助于获得较高的灵敏度.该结果对优化设计微型剪应力传感器具有通用的指导意义.     

微管道内剪应力传感器的研制与优化

基于微机电系统(MEMS)微加工工艺,开发了一种能够测量微管道内壁面剪应力的热式传感器,以多晶硅为热敏元件,在低阻硅衬底上形成多孔硅膜隔离硅衬底损耗. 利用水浴加热方法测量得到电阻温度系数为0.21%/℃. 采用数值模拟的方法对剪应力传感器进行了热分析,探讨了提高剪应力传感器灵敏度和线性度的方法,为优化其设计和使用提供了理论基础. 数值模拟结果表明:随着微管道深度的增加,传感器灵敏度提高,但线性度下降.     

高gn值悬臂梁式硅微加速度传感器的结构设计

针对高冲击加速度测量,分别就硅微加速度传感器等载面和变载面悬臂枯不同结构尺寸下的应力状及固有频率进行了有限元数值模拟;对等截面和变截面悬臂梁结构的灵敏度进行了分析比较和数值计算,结果都说明了采用变截面悬臂梁结构,灵敏度可提高近30％;对选择的变截面悬臂梁结构的加速度传感器其量程为10000gn,有足够的抗过载能力,且横向灵敏度足够小。     

一种MEMS热电制冷器的设计

研究一种基于MEMS工艺的微型热电制冷器.采用薄膜热电材料减小器件的尺寸,采用微机械加工工艺形成的硅杯结构降低衬底的热泄漏.器件在材料和工艺上都与微电子工艺兼容,易于与电子器件集成.分别讨论了热电臂长度、厚度及绝缘膜厚度等结构参数对器件最大制冷温差、制冷系数、制冷功率等性能的影响,得出最优的设计参数.分析中考虑了绝缘层热泄漏,制冷区的热对流和热辐射,以及接触电阻等非理想因素.分析结果表明,器件工作时达到的最大温差为40 K;冷端温度为290 K时,制冷功率为3 mW.     

基于PDT的压电双晶片传感特性分析

基于ANSYS的概率设计技术对压电双晶片位移型传感器的位移特性和灵敏度特性进行了有限元分析.求得了压电双晶片位移传感器灵敏度与双晶片的材料参数和几何尺寸的关系.分析结果对于压电双晶片传感器的设计和优化具有重要的工程意义.     

表面应力敏感型压阻微悬臂梁传感器的模拟

为获得用于表面应力测量的压阻悬臂梁传感器的参数的优化方法,建立了有限元分析模型。通过将模拟结果与压阻理论结合,分析了表面应力作用下的压阻式微型悬臂梁传感器。建立了两层硅悬臂梁结构模型,在顶层硅内施加初始应力模拟表面应力。对仿真结果应力数据进行提取与计算,结合压阻系数,分析了n型硅压阻与p型硅压阻长度、宽度和位置等对微型悬臂梁传感器灵敏度的影响。结果表明:为获得较高灵敏度,n型硅压阻应做长,p型硅压阻应做短并安排在固定端。该文研究结果为悬臂梁生化传感器提供了设计参考。     

电涡流传感器的有限元仿真研究与分析

电磁场的分布情况是影响电涡流传感器灵敏度和线性度的主要原因。从电涡流传感器的基本原理出发,采用有限元方法,利用ANSYS语言,通过建模、定义材料特性、划分网格、设置边界条件、加载及求解等,对电涡流传感器的电磁场进行仿真研究,并由理论公式验证模型的正确性。通过计算3种尺寸参数不同的线圈,研究分析了线圈的形状结构对传感器灵敏度和线性度的影响,对于电涡流传感器线圈的设计具有指导意义。     

基于MEMS技术的差分式微波信号相位检测器

提出了基于MEMS技术,由功分器、45°移相器和MEMS电容式微波功率传感器组成差分式微波信号相位检测器,实现了在被测信号幅度未知条件下全周期的相位测量.利用HFSS对各组件进行了模拟设计,包括功分器的模拟与设计和MEMS电容式微波功率传感器的模拟与设计,特别采用GaAs MMIC工艺制作了其中的MEMS电容式微波功率传感器,在8～12 GHz的频率范围内,回波损耗小于-20 dB,插入损耗小于0.2 dB.最后利用ADS对整个系统进行了模拟,模拟结果与理论计算结果的误差在3.5%以内,并进行了误差分析.     

π形梁厚膜压阻式加速度传感器研究与设计

介绍了一种新型的基于陶瓷基片加工工艺的π形梁15 000 m/s2厚膜压阻式加速度传感器.在加工过程中采用厚膜工艺与梁加工成型工艺,从而保证了梁结构的完整性.分析了该传感器的结构参数和灵敏度,同时介绍了其工艺流程及封装后的测试结果.基片尺寸为15 mm×6 mm×1 mm,其中敏感质量块尺寸为6 m×6 mm×1 mm,梁尺寸为3 mm×6 mm×0.3 mm.经初步测试,在采用12 V电源供电时灵敏度为0.002 4mVs2/m左右,响应频率为1.29 kHz.     

多孔表面微细结构内的蒸发换热

为了研究多孔槽道几何参数对多孔表面沸腾换热性能的影响 ,从分析多孔结构内微液膜蒸发和气液两相流的机理出发 ,借鉴微热管的研究方法 ,建立了描述多孔表面沸腾换热的细观动态模型。通过对沸腾起泡点分布的简化处理 ,进行了数值求解 ,计算结果与已有文献的实验数据一致。计算结果还表明 :对于微液膜换热 ,存在最佳液膜厚度 ,使液膜换热热阻最小。利用该模型 ,导出了多孔表面在常用沸腾工质中沸腾换热时的结构优化参数。这一模型对多孔表面微细结构的尺寸优化有理论指导作用     

一种以SU-8为流道材料的集成微流体

根据微流量传感器测热式原理,利用Comsol多物理场模拟仿真软件,对微流量传感器进行模拟仿真,分析了流量传感器的关键参数对其灵敏性的影响.在此基础上,设计了一种集成在微流体管道内的微流量传感器.以离子束刻蚀方法制作微电极,SU 8负光刻胶直接制作流道,将该负光刻胶与聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行键合封装.最后,对该微流量传感器进行了流速测试.     

一种拓宽微型单管燃烧室流量范围的调节装置

为了能够拓宽微型单管燃烧室稳定燃烧的流量范围,设计了一种调节装置.利用CFD软件Fluent对微型单管燃烧室的内部冷态流场进行数值模拟,得到微型单管燃烧室主要结构参数对内部流场形态的影响规律并确定了其主要结构参数.通过冷态数值模拟,得到了调节装置对微型单管燃烧室内部流场的调节作用;通过试验研究,证明所设计的调节装置能够实现对单管燃烧室的稳定燃烧流量进行调节,从而扩大了该燃烧室的稳定燃烧流量范围.     

考虑腹板弯曲的一维格栅夹层结构热变形

针对温度载荷作用下一维格栅夹层结构的柱面弯曲问题,提出了一个新的考虑了腹板弯曲效应的分析模型. 假设夹芯内变形后腹板依然垂直于上、下面板,并且腹板两端无相对转动. 将腹板和面板均视为处于弯曲和热伸长状态下的弹性梁,由此建立了所选胞元的平衡及几何方程,以及相邻胞元间受力和位移的相互关系. 利用传递矩阵方法得到了夹层结构受热变形. 作为一个算例,分析了几何与材料参数对悬臂夹层结构自由端最大挠度的影响. 本文结果与有限元方法得到的结果相一致,证实了本文所提出的分析模型的正确性.      

热辐射在介质表面反射及折射的微观机理

通过建立热辐射在介质表面散射的微观物理模型,数值模拟了任意入射角下热辐射散射的电场强度分布图形,得到了在任一入射角下的反射角及折射角.模拟结果与经典公式推导的结果吻合得很好,表明所建立的模型揭示了热辐射在介质表面反射及折射的微观机理.     

铜热管内壁微沟槽的高速充液旋压加工

对直齿微沟槽铜热管的高速充液旋压拉拔成形加工机理进行了研究,建立了微沟槽高速充液旋压成形的几何模型,通过实验发现:微沟槽的加工包括挤压和成形两个阶段;影响微沟槽成形的主要因素包括多齿芯头几何参数、芯头位置、减薄量、拉拔速度、旋压器转速和工作温度等;通过控制挤压深度、进给量、芯头形状与位置等,可加工出不同形状、不同深宽比及不同壁厚的微沟槽;高速充液旋压加工微沟槽在生产上具有可行性,其材料利用率和生产效率高,成本低廉.     

一种粒状散料定量运送系统的设计与仿真

设计了一种粒状散料均匀定量运送系统,包括螺旋送料器的几何建模,以及基于应变传感器和可编程控制器PLC的送料装置计量模块．采用离散单元EDEM软件对粒状散料的送料均匀性进行仿真;并通过Matlab程序对同工况下的物料进行均匀性计算．结果表明,所设计系统的散料运送均匀满足要求,适合对同类物料的定量运送．     

平板微热管的研究进展回顾与展望

热管是一种具有高热导率的多尺度传热材料,被广泛应用于换热器的余热回收再利用、太阳能集热器和数据中心冷却等领域。从循环动力和性能表现两方面入手探讨微热管传热影响因素的研究实验。针对平板微热管的结构组成和工作机理,综述了平板微热管微槽结构、充装工质及其充液率、工作状态的性能研究进展,剖析了蒸发段和冷凝段的状态对流动状态与传热特性之间的关系,如曲率半径、循环工质流量和有效导热系数等参数的表现,总结了平板微热管的模型结构设计与理论预测研究进展,并结合强化换热和沸腾传热,对微热管微通道的发展方向进行了展望。     

热激励谐振式硅微结构压力传感器

针对一种以矩形硅膜片为一次敏感元件、硅梁谐振子为二次敏感元件采用电阻热激励、压敏电阻拾振的谐振式压力微传感器 ,简述了其工作机理 ;从谐振式硅微传感器整体优化设计、闭环系统优化设计、微弱信号检测、敏感元件工艺实践、开环特性测试等方面介绍了该传感器研究与研制过程中近期取得的阶段性研究结果