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.     

微膜片的动力学行为及其特征化描述

微米尺度的膜片结构在电容型微传感器和微纳器件中具有重要作用，而器件的性能主要取决于膜片的动力学行为．微膜片通常处理为膜，某些场合处理为板或张力板（Plate in tension，简称为TD板），但许多场合还显示出空气弹簧支承的张力板（Plate in tension and supported by air-spring，简称为TDK板）的行为．因此，必需对膜片的动力学行为作系统的研究，建立一个特征化的数学描述．该文集中对具一般性的TDK板进行研究，给出其基本方程，并导出四周固定和简支两种边界条件下的TDK圆板的分析解．该文还给出特征曲面的三维图表示，揭示出TDK板和TD板向纯板和纯膜行为过渡的情形，并用φ值判定膜片的性质，其极端情形，即φ=0和φ=∞，分别对应纯板和纯膜．这样，膜、板和TD板可作为TDK板的特例处理．该文还揭示了空气弹簧的存在不仅增强了膜片的恢复力从而提高膜片的固有频率，而且导致膜片与空气弹簧构成的动力学系统的共振．这些分析和计算的结果对电容微传感器的工作机理的理解及其优化设计具有重要意义．     

提高方形硅膜压力传感器灵敏度的几个重要措施

结合扩散硅压阻式压力传感器的研制．根据硅的压阻效应原理，利用方形硅膜的应力分 布公式，论述了提高正方形硅膜压阻式压力传感器灵敏度的几个重要措施．     

微压传感器的设计分析

本文分析了压阻式扩散硅压力传感器的设计原理:对微压传感器的关键问题提出了各向异性腐蚀,掺高浓度硼停止腐蚀;用E型杯代替C型杯的设计,初步研制了量程小于1000mm水柱高,精度小于0.5%的微压传感器。     

介观压阻效应在微型传感器中的应用研究

对运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理——介观压阻效应,用GaAs/AlAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.通过分析、模拟、计算和试验测试得到了它的参数,并对介观压阻灵敏度和压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理可以提高压力传感器的灵敏度的可行性,为制造出基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

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     

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     

用全息照相测量压力传感器膜片的变形

膜片式压力传感器是靠气压作用在膜片上,使膜片产生相应的变形。再经过机电换能转换成输出的电讯号。因此在研制和生产这类压力传感器中,需要对膜片的变形情况进行测量分析,但这种膜片很薄(一般厚度仅百分之几毫米),使用范围内变形小,同     

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。     

光纤布拉格光栅渗压传感器设计

为实现对尾矿库的安全渗压实时监测,设计了一种波纹膜片结构封装的光纤布拉格光栅渗压传感器,通过材料及温度光栅双温度补偿,剔除了环境温度的影响。实测结果表明,该光纤光栅传感器量程为0~20 k Pa,压力灵敏度为27.8 pm/k Pa,线性拟合度达到0.999 99,适用于液位小范围变化的高精度检测。在尾矿库浸润线检测中的应用表明,传感器精度高,重复性好。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

硅四端型膜片式压力传感器的优化设计与分析

本文从理论上分析了硅剪切压阻系数的择优取向,以及在矩形、方形和圆形弹性膜片上欲获得较大剪应力,电阻条的布局原则。利用本文提供的方法,对某些膜片上的四端应变电阻所进行的布局分析与Kanda用有限差分法计算出来的布局结果基本一致。文中还提出了膜片上一些新的布局,供设计者选用。     

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。     

应用于引信固态安全系统的硅微加速度传感器研究

微机电系统将对引信的发展提供其它技术不可比拟的技术支撑。该文论述了基于ＭＥＭＳ引信固态安全系统的概念及作用原理;针对可应用引于信安全系统的硅微压阻式加速度传感器,用有限元法计算了不同厚度悬壁梁结构在１００００ｇ加速度作用下的应力分布、固有频率,设计了力敏电阻电桥结构,并计算了传感器的灵敏度。最后介绍了压阻式悬壁梁结构的加传感器制作工艺。     

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。     

微压传感器

采用特殊形状的腰形管作为弹性元件,可制成敏感的微压传感器.腰形管由四块不同曲率的曲板组成,在承受压力后,表面有拉应变区和压应变区,在最大应变处粘特制的应变片,即可组成高灵敏度的微压传感器.它性能稳定,灵敏度高,采用了多种新技术,如激光封焊、钛合金弹性元件等.其量程为