微压传感器膜片的设计与研制中的关键技术

本文介绍了正方形膜片微压传感器的结构,分析了其设计思想。并就利用正方形膜片开发的微量程力敏器件的灵敏度作了分析。最后较详细地讨论了微压传感器研制中的关键技术——各向异性腐蚀技术。     

测量压电式微压传感器灵敏度的新方法

研制了一套压电微压传感器的性能测量系统,它采用均匀声腔硅油介质中传播的声波作为压力源,标准传感器和被测传感器同时接收波动声压,比较两传感器的输出,测定被测传感器的灵敏度及频响。实验测试了3只压电式微压传感器,结果表明:传感器的灵敏度平均为3.0mV/Pa,工作频率为20~2 000Hz,灵敏度随频率波动小于0.5mV/Pa,灵敏度重复偏差小于0.24mV/Pa。     

微腔型传感器的电化学表征及其应用初探

利用微机械加工技术、各向异性腐蚀技术研制了具有三维结构的微腔型传感器 ,微芯片 3× 6mm2 具有三维腔体 腔深 3 0 0μm,铂工作电极 1 .2 1 .2 mm2 ,Ag/ Ag Cl参比 ,工作电极与 Ag/ Ag Cl参比集成在同一微芯片上 .作者对微腔型电极进行了电化学特性的表征 ,并测试了微芯片上 Ag/ Ag Cl参比电极的性能 ,考察了微腔型传感器在化学传感器、生物传感器方面的初步应用 ,对 H2 O2 ,半乳糖进行检测     

微腔型传感器的电化学表征及其应用初探

利用微机械加工技术、各向异性腐蚀技术研制了具有三维结构的微腔型传感器，微芯片（3×6mm^2）具有三维腔体（腔深300μm，铂工作电极1．21.2mm^2，Ag/AgCl参比）。工作电极与Ag/AgCl参比集成在同一微 芯片上，作者对微腔型电极进行了电化学特性的表征，并测试了微芯片上Ag/AgCl参比电极的性能，考察了微腔型传感器在化学传感器、生物传感器方面的初步应用。对H2O2，半乳糖进行检测。     

基于MEMS压力传感器的微小型空速计

针对微型飞行器体积小、质量轻、能量和带载荷能力有限的特点,设计了微型空速计,包括微小型皮托管和基于微机电系统(MEMS)微差压传感器的低速测量电路,通过机载计算机测量电压信号并计算空速值。该空速计量程为3~26m/s,质量为4.3g,精度±1m/s,已经通过国家气象局计量站进行的测试。目前已成功应用在翼展小于400mm微型飞行器的空速测量上。     

压应力对特殊螺纹套管材料腐蚀的影响

设计模拟材料承受压应力的夹具,运用高温高压釜,试验研究不同压应力下两种套管钢材料在硫化氢、二氧化碳与氯离子共同作用下的腐蚀速率,测试压应力作用下套管钢材料的腐蚀电化学行为。结果表明:在试验介质中石油套管材料腐蚀形态为点蚀,压应力的增加对试样的腐蚀有促进作用;当压应力小于材料屈服强度的一半时,材料腐蚀不明显,当压应力大于材料拉伸屈服强度的一半以后,材料腐蚀速率快速增加;石油套管与油管特殊螺纹接头密封面及扭矩台肩压应力设计值不应超过材料屈服强度的一半。     

压应力对特殊螺纹套管材料腐蚀的影响

设计模拟材料承受压应力的夹具,运用高温高压釜,试验研究不同压应力下两种套管钢材料在硫化氢、二氧化碳与氯离子共同作用下的腐蚀速率,测试压应力作用下套管钢材料的腐蚀电化学行为。结果表明:在试验介质中石油套管材料腐蚀形态为点蚀,压应力的增加对试样的腐蚀有促进作用;当压应力小于材料屈服强度的一半时,材料腐蚀不明显,当压应力大于材料拉伸屈服强度的一半以后,材料腐蚀速率快速增加;石油套管与油管特殊螺纹接头密封面及扭矩台肩压应力设计值不应超过材料屈服强度的一半。     

“电容式水深浪高传感器”通过验收和鉴定

一种采用压力电容变化方法来测定水深和浪高的传感器日前由我校研制成功 ,并通过了国家机械工程局组的验收和鉴定 ,该成果主要技术性能指标已达到了国际同类产品 90年代先进水平 ,在国内处于领先地位 .目前 ,国内传感器市场上占主导地位的是微机械加工压阻式压力传感器 ,它与微机械加工电容式传感器相比 ,存在使用设备复杂、工艺要求条件高、成本较高的问题 .而新研制成功的这种电容式传感器 ,不仅在传感器结构上有了突破 ,开发了自举开放式差动电容结构 ,解决了电容传感器一直必须密封的问题 ;还研制出一种双杯复合式差动传感器 ,取得了专…     

加速度传感器芯片湿法加工技术研究

本文主要研究了加速度传感器芯片的湿法加工技术,主要包括KOH腐蚀中凸角补偿图形设计,引线电极保护技术,TMAH腐蚀技术等内容。本文设计了合理的凸角补偿图形,能够制作出完整的凸角结构。本文结合实际工艺中遇到的问题,讨论了湿法加工技术中引线电极的保护方法,包括TMAH腐蚀技术的应用。制作出的加速度传感器芯片灵敏度大于0.1mV/g,非线性优于1%,横向灵敏度比小于3%。     

微变电容式传感器的设计与应用

微变电容式传感器是为边境线、狱墙等场合的需要而设计的.该设计以传输线理论为基础,采用FFT算法和相位微分法检测与处理信号,利用同轴电缆的低频特性高灵敏地探测被测量,利用其高频特性测量被测量产生的位置.该传感器在狱墙报警系统中的应用结果表明,微变电容式传感器最大定位相对误差小于6.0%,误警率小于0.3%,漏警率小于0.2%.     

高精度压力数据采集系统设计

介绍了一种高精度压力数据采集系统的设计方法.以高性能MSC1211Y5微处理器为核心,采用高精度硅压式压力传感器采集数据,配以信号处理,同时利用RS-485接口构成总线型通信网络,形成一个高精度数据采集系统.     

一种半导体压力传感器

根据有限元工具ANSYS的分析结果,设计了一种半导体压阻式压力传感器——绝缘体上硅(SOI)压力传感器,并完成了制作.测试表明,除具有良好的静态特性之外,与同类压力传感器相比,SOI压力传感器的工作温区宽,最高工作温度可达220℃;稳定性高,30d内的零点漂移小于0.2%;温度特性好,灵敏度温度系数约为-5.1×10-4/℃.此外传感器的结构简单,采用半导体集成电路平面工艺结合微机械加工技术制作,易于实现批量生产,有广阔的应用前景.     

溶胶-凝胶法制作PZT薄膜微驱动器的工艺研究

使用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备了PZT压电薄膜,利用PZT的压电效应制作以PZT薄膜为驱动的无阀型微驱动器.针对微驱动器的关键结构驱动膜,探索了多层驱动膜的制备方法及PZT薄膜的刻蚀工艺.采用Si/SiO2/Ti/Pt/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构,解决了PZT薄膜制备中存在附着力、抗疲劳等问题,利用BHF/HNO3溶液实现了PZT薄膜刻蚀技术的半导体工艺化.同时详细探讨了微机械加工(MEMS)中温度及溶液浓度对腐蚀工艺的重要影响,给出了硅各向异性腐蚀的最佳化工艺条件.通过以上方法成功地解决了集成制作的无阀型微驱动器的关键工艺问题,降低了器件的复杂性.采用以上工艺得到的驱动器硅杯面积大、均匀、平坦,而且在无阀型微驱动器整体设计中没有可以移动的机械部分,所以微驱动器的寿命也得到了提高.     

MEMS新型光纤加速度传感器设计

由于微机械系统的广泛应用,微加速度传感器的设计日趋多元化,现给出一种光强调制型麦克尔逊微光纤加速度传感器,阐述了该种干涉型光纤加速度计的结构设计及工作原理,仅使用光纤进行传输,有效地避免了光纤各类形变造成的影响.     

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。     

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。     

基于微机电系统的水下灵巧手触觉力测量传感器

为了实现深水环境下水下灵巧手抓取目标的定位及触觉力感知,设计了阵列式触觉力测量传感器.以硅杯作为力敏感核心,利用胶囊式差压状结构实现了水的静态压力矢量叠加下的触觉力测量,并消除了水的静态压力对触觉力测量的影响.利用弹性力学与板壳理论分析了方形硅杯底部变形与应力的解析解,并与有限元法的分析结果加以对比.结果表明,所设计的灵巧手触觉力测量传感器具有样本抓取的触觉感知及位置感知,其胶囊式差压状结构使得触觉力测量传感器能够消除水的静态压力的影响,硅杯式测量结构具有灵敏度高、误差小、输出应力大的特点.     

基于虚拟仪器Labwindows/CVI的拉压式微力测试系统设计

致灾农业昆虫捕集滑板仿生研制过程中需要测试昆虫附着系统在材料表面产生的附着力、摩擦力、剪切力等,为满足对毫牛尺度微力的测试需求,研制了拉压式微力测试系统。该系统硬件部分包括测力传感器、配合测力传感器实现微力测试功能的机械机构、传感器输出信号调理模块与能够完成A/D转换的数据采集卡,基于虚拟仪器Labwindows/CVI编写了系统的数据处理与界面显示程序。调试运行结果表明设计的拉压式微力测试系统能够准确采集昆虫附着系统产生的毫牛尺度微力,并能在显示界面实时、直观地显示,以及能够实现昆虫微力轨迹图和数据组的保存。拉压式微力测试系统的测试精度可达0.1mN,测试量程范围最大为3.0N,完全能够满足致灾农业昆虫捕集滑板仿生研制过程中对毫牛尺度微力的测试需求。     

钢筋腐蚀监测传感器设计与工程应用

基于钢筋腐蚀体积膨胀及光纤光栅测量应变的原理,设计了一种新型钢筋腐蚀监测传感器.通过室内加速腐蚀试验,建立了传感器信号与钢筋腐蚀率的定量关系;采用多目标优化方法,进行钢筋腐蚀传感器的优化布置.将该传感器埋入某码头泊位混凝土结构中并进行了测试,室内试验和工程应用表明,该传感器可用于混凝土中钢筋腐蚀监测.     

双岛结构多晶硅压力传感器削角补偿技术的研究

详细讨论了双岛结构多晶硅压力传感器制作过程中的一种微机械加工技术,传感器采用的材料是双面抛学的（１００）晶面硅片,制作中还利用了半导体集成电路平面工艺。研制这种传感器遇到的主要问题是硅各向异性腐蚀的凸角削角问题,为削角补偿设计了两种特殊形状的掩膜结构,在实验中获得了满意的效果,并且制出了性能优良的双岛结构多晶硅压力传感器。