Micro thermal shear stress sensor based on vacuum anodic bonding and bulk-micromachining

This paper describes a micro thermal shear stress sensor with a cavity underneath, based on vacuum anodic bonding and bulk micromachined technology. A Ti/Pt alloy strip, 2μm×100μm, is deposited on the top of a thin silicon nitride diaphragm and functioned as the thermal sensor element. By using vacuum anodic bonding and bulk-si anisotropic wet etching process instead of the sacrificial-layer technique, a cavity, functioned as the adiabatic vacuum chamber, 200μm×200μm×400μm, is placed between the silicon nitride diaphragm and glass （Corning 7740）. This method totally avoid adhesion problem which is a major issue of the sacrificial-layer technique.

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.

柔性微热剪切应力传感器阵列

设计了一种基于微机电系统的、制备在柔性聚酰亚胺衬底上的双热线结构微型热剪切应力传感器阵列,可用于复杂形状物体表面所受剪切应力的矢量化测量.基于传感器的原理,用Comsol软件对传感器进行了温度场和流场的仿真,说明了传感器制作工艺流程,用硅橡胶与聚酰亚胺在酒精中浸泡后易于剥离的特点实现柔性传感器脱膜.对传感器实物进行了温度电阻系数和响应频率的测试.实验结果表明,设计的工艺路线简单,结构参数合理,可以实现所需柔性传感器阵列.

热敏式壁面剪应力微传感器技术研究进展

基于MEMS技术的热敏式微传感器为壁面剪应力的测量提供了重要手段。本文介绍了国内外热敏式壁面剪应力微传感器技术的研究发展现状,重点从硅基和柔性聚合物基2种结构角度,对其工作原理以及不同热敏式微传感器的结构、关键工艺和性能测试进行了分析。

基于驱动电流的水下热敏剪应力微传感器灵敏度研究

驱动电流是热敏式剪应力微传感器的一个重要参数。增大驱动电流可以提高传感器的灵敏度,但传感器的安全工作温度又限制了驱动电流的增大。研究了如何基于驱动电流来最大程度地提高传感器灵敏度。从理论上分析了传感器灵敏度随剪应力输入的变化规律。通过静水中的I-V特性测试实验,确定了传感器在水下工作的最大允许驱动电流。通过电压—剪应力特性测试实验,验证了传感器灵敏度与驱动电流的关系,得到了传感器在最大允许驱动电流激励下的灵敏度。研究,发现最大允许驱动电流可以使传感器在剪应力为0.2Pa时的灵敏度达到23.8mV/Pa。

微型热敏剪应力传感器的温度补偿

微型热敏剪应力传感器在航空航天等领域有重要应用价值,然而基于热敏感原理的间接剪应力测量会引入流体环境温度的影响。结合热敏剪应力传感器的热交换模型,研究了流体环境温度变化的影响机理。分析了常用温度修正方法的应用局限性,设计了结合流体温度、从信号处理角度修正传感器输出的温度补偿方法,没有增加电路复杂程度,显著提高了测量精度。测试实验表明:当流体环境温度在10～20℃范围变化时,温度造成的输出信号偏移误差从原来的2%/℃降低到了0.5%/℃,证明了该方法的有效性。