光纤布拉格光栅压力传感器的研究

简要介绍了光纤布拉格光栅的传感原理,理论分析了弹性元件平膜片的受压变形规则,并将光纤布拉格光栅粘贴在自行设计的不锈钢平膜片上,构成了基于膜片的光纤布拉格光栅压力传感器,给出了光纤布拉格光栅的布拉格波长偏移量与压力的关系表达式。实验结果表明,光纤布拉格光栅压力灵敏度系数达到2.9pm/kPa,与理论分析值基本相符.另外,传感器在所测压力范围内呈现出很好的线性特性、重复性,适合于易燃易爆场合的压力测量。     

硅压力传感器基座受力变形时的输出性能

为分析硅压力传感器基座受力变形对传感器输出性能的影响,首先利用弹性力学理论和板壳理论分析推导了压力传感器方形膜片应力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;再利用ANSYS进行分析模拟,探究了传感器基座结构变形对应变膜应力差的影响;然后针对减小基座受力变形对芯片受力的影响,对基座结构进行适当优化,并对比仿真分析的结果;最后通过实验测得优化前后的传感器输出数据.结果表明,传感器基座结构优化后,传感器硅芯片中心最大变形量从2.172μm降低到1.819μm,输出误差从0.95%下降到0.60%.     

薄膜式压力传感器温度特性的研究

本文给出了薄膜式压力传感器在膜片非张紧情况下的力学模型,并在此基础上用瑞次(W Ritz)法导得膜片中心的轴向位移方程.在考虑了膜片与垫片不同材料的热力学及弹性参数的情况下,获得了膜片推动压力与温度的关系.按照上述关系计算的结果与实验数据符合良好.利用作者导出的公式在预测传感器特性时,仅需很少的实测工作量.     

差压式电容传感器膜片的变形分析与优化设计

为研究差压式电容传感器测量膜片的受压变形，将经典的von Kármán薄板理论应用于受有预张力作用的弹性圆薄板问题，采用同伦分析法给出近似解析解.将求解结果与有限元软件ANSYS的仿真结果进行对比，表明两者吻合度较高.预张力大小对膜片在受压情况下的变形影响较大，从而影响传感器的电容输出特性.利用传感器性能测试验证了预张力对传感器非线性特性的影响.结果表明：选择合适的预张力可以有效提升传感器的线性度，适当降低膜片厚度可以提高输出的灵敏度.分析结果对差压式电容传感器的膜片设计具有重要的参考价值.     

谐振式SAW压力传感器敏感元件研究与设计

量程和温度特性是传感器的两个主要指标,SAW压力传感器的量程由基片材料的结构尺寸决定,温度效应一般采用双端对谐振器来消除,目前关于两个谐振器的位置确定还没有一个确定的方法。通过力学分析得出了圆形石英膜片的半径、厚度、和最大载荷的关系;对石英圆形膜片的应力应变关系进行了有限元数值计算,得出了正负应力在圆形石英膜片的分界点,为设计SAW谐振式压力传感器的物理结构和合理的安排谐振器的位置提供了依据。     

膜片电容式压力传感器理论公式推导

本文详细推导了固定圆周膜片电容式压力传感器的理论公式。     

一种小量程应变式压力传感器结构设计

提出了一种新型的梁膜结构,其体积较小、应力集中效应明显,特别适合作小量程应变式压力传感器。通过有限元分析发现,当膜片厚度与梁厚度为某一比值时,膜片中心应力值最大,而位移量较小,即传感器灵敏度较大,而非线性较小。设计的传感器样品的灵敏度达0.5 mV/V,总精度优于0.1%F.S。     

MEMS光纤压力传感器压力膜片的仿真与分析

阐述了一种使用周边固定的圆形膜片的反射式强度调制型MEMS光纤压力传感器的工作原理,在现有外界压力下的膜片应力、应变及固有频率公式的基础上,推导了膜片应力、应变和固有频率三者随传感器尺度变化的一般规律.利用有限元分析软件ANSYS对推演出的规律仿真模拟和分析,验证了此规律的正确性和普适性,同时修正分析模型,总结了理论公式与实际应用之间的联系与区别.     

温度补偿集成压力传感器设计分析

现在生产中较为广泛使用的硅杯式压力传感器的管芯是如图1所示的桥式电路,四个电阻由平面工艺扩散而成。硅弹性膜片受压变形,电阻阻值发生变化,若电阻设计时有R_1=R_2=R_3=R_4=R,每个电阻的增量为△R,则当恒压源E供电时,电压输出为:     

互补偿型反射式光纤压力传感器的设计分析

将应变式压力传感器的弹性膜片与一种光纤位移检测装置相结合构成了一种反射式光纤压力传感器，阐述了其设计思想，并给出了一个设计实例，该互补偿型传感器可以消除环境温度，光源输出功率波动及光路损耗变化等因素的影响。     

成果推广

电阻应变式纳米膜压力传感器该产品是基于金属应变原理而制成 ,其敏感元件是金属弹性体上的多层纳米膜结构 .弹性体采用经处理的金属圆形平膜片 ,在精密抛光的膜片上制作纳米固体Ta2 O5 薄膜离层 ,然后 ,在其上再制作纳米量能的Ni-Cr薄膜功能材料 ,通过微细加工技术构成惠斯登电桥 ,电桥电阻用纳米SiO2 膜钝化保护 ,应变信号用金丝引出 .当被测压力用膜片上时 ,膜片立即产生弹性形变 ,应变电阻发生变化 ,电桥失去平衡 ,从而产生与被测压力成正比的电压信号 ,以实现对被测压力的准确测量 .该产品采用甚低能离子加速器轰击的动能转换搬迁原…     

深海压力传感器的结构设计及力学特性研究

基于油液的可压缩性,将活塞式压力平衡装置与敏感膜片组合起来,设计了一种深海活塞式压力传感器,通过设置活塞式压力平衡装置使传感器能承受大压力,利用油液压缩体积与压力之间的关系来测量大压力,采用敏感膜片来测量水压的微小变化量,既能承受深海大压力又能实现高精度测量.阐述了其工作原理及结构特点,并对其进行动态分析,研究结果表明:敏感膜片应采用橡胶膜片,压力传感器内外压差较小.     

绝缘体上硅高温压力传感器研究

采用有限元分析工具ANSYS完成了一种矩形弹性膜绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器的优化设计，制作出样品，并与相同结构、工艺的多晶硅压力传感器进行了对比测试。结果表明：1：2的膜片宽长比可以使SOI压力传感器的灵敏度达到220mV／MPa，远大于多晶硅压力传感器的灵敏度(约50mV／MPa)。此外，该传感器能够工作在200℃的高温环境中，有良好的长期稳定性，30d内的零点时间漂移为0．12％。     

计算机辅助硅膜片的应变与应力分析

膜片式半导体压力传感器是一种以形变引起硅材料电阻率发生变化为原理而制成的器件,因此正确认识硅弹性形变膜片上的应力和应变分布情况是合理布局应变电阻条的前提。根据硅的晶体结构并利用各向异性腐蚀剂,可以较方便地获得周边固定的矩形和方形形变膜片。本文用计算机模拟出应变和应力在这些膜面上的变化规律。     

压电式压力传感器热冲击效应的试验研究

论述了瞬变温度对压电式压力传感器具有热冲击作用,并能改变传感器的预紧力、自振频率及灵敏度,形成瞬变温度误差。传感器的特殊膜片结构可以大大减小瞬变温度误差。通过对某2种压电式传感器的模拟热冲击效应的试验研究,阐述了热冲击对传感器的实际影响,并给出了测量数据及分析结果。     

双膜片石英谐振式力传感器设计及其性能研究

将石英谐振器分别假设为正交各向异性体和各向同性体 ,利用有限元法对其进行失稳时临界力的计算和分析 ,得出了传感器结构稳定性与谐振器厚度及支撑条件的关系。在此基础上 ,对传感器结构进行了改进 ,并对单、双膜片结构传感器的各种性能进行了实验研究 ,得出如下结论 :传感器由单膜片结构改制成双膜片结构后 ,其非线性误差、滞后误差、重复性误差和蠕变误差普遍降低 ,滞后和重复性指标的提高尤为显著 ;另外 ,双膜片结构传感器的抗偏载及横向冲击能力大大增强 ,可靠性明显提高     

汽车离合器拉式膜片弹簧的设计

本文介绍了近年来发展的新型拉式膜片弹簧离合器的结构特点与工作原理,并与传统的推式膜片弹簧离合器进行了对比。然后,对于拉式膜片弹簧的载荷-变形特性与应力-变形特性作了详细分析。在分析的基础上,阐述了拉式膜片弹簧基本参数的选择与设计。由于拉式膜片弹簧离合器具有许多优点,本文最后指出,它是一种很有发展前途的汽车离合器。     

硅压阻式低压传感器研制

以各向异性腐蚀技术制造的矩形硅膜片为弹性敏感元件,研制了硅压阻式低压传感器。通过对矩形硅膜上应力分布的分析和计算,确定了力敏电阻的最佳位置和尺寸。压敏电阻全桥采用集成电路技术制作在2.5mm×5.5mm、厚35μm的矩形硅膜片上。在0～20kPa压力范围内,测得577μV/kPa·V的灵敏度,理论和实验结果有较好的一致性。     

石英压力传感器石英材料的加工工艺

提出了石英压力传感器中石英膜片的化学加工方法，从选材、原理及工艺设计、关键加工步骤及过程控制方法等方面进行了研究，并通过相关制作与实验证明该种加工工艺方法简单，具有一定的实用性。     

基于正交试验设计的膜片参数组合优化

针对某型号金属膜片式贮箱,运用有限元分析的手段分析了膜片工作过程中发生的翻转变形及其变形过程中临界载荷的变化。针对结构参数对膜片翻转特性的影响,选取了预弯边半径、膜片厚度和膜片切线角度等3个关键参数,并采用正交试验设计的分析方法对3个关键参数进行了组合优化分析,得出了3个膜片关键参数对膜片翻转的影响程度大小及其最佳参数组合,即预弯边半径预弯边为8. 5 mm,膜片厚度分布为1. 2～1. 6 mm,切线角度为87°。最后根据设计结果加工了膜片,并进行试验验证。由试验膜片的翻转效率和翻转压差的结果可知优化的膜片符合工作要求。