基于微机械惯性传感器的卫星电视天线稳定系统

介绍了一套基于微机械惯性传感器测量的卫星电视接收天线稳定系统的组成、工作原理及技术要求,讨论了系统的几项关键技术,包括:微机械惯性姿态测量模块,步进电动机闭环伺服控制以及场强自动跟踪技术。计算仿真和样机实验的结果表明:系统达到了预期的技术指标,已能够满足舰船上的应用要求。由于微机械测量器件的采用,系统具有体积小、成本低、性能可靠的优点。

基于微机电系统多传感器融合的车载压实度检测

在公路修筑过程中,压实度是保证公路质量的一项重要技术指标。传统的压实度检测技术复杂繁琐,检测成本高、检测精度低,导致压实度检测成为公路建造的技术瓶颈。压路机马达振动幅度与路基压实度具有相关性,采用微机电系统多传感器数据融合滤波技术,能精确检测马达振幅,将马达振动幅度与路基压实度建立函数关系,利用该函数关系可以计算路基压实度。经实际验证,本文所提方法能够较好完成车载压实度检测。

微机电系统传感器深孔封装结构分析

为解决MEMS传感器在封装或使用过程中材料之间热匹配不良、应力集中问题,基于提出的微机电系统传感器阶梯深孔封装工艺对芯片进行封装,并运用数值模拟手段,对模块的可靠性进行分析,研究模块的温度应力和温度位移的变化规律。研究结果表明,提出的微机电系统传感器阶梯深孔封装工艺是在石英基板的内部设置阶梯状的孔洞,并与芯片内部的孔洞对齐后,采用金丝键合工艺连接将石英基板与芯片连接,并运用双组份加成型灌封胶填充固化和释放压力的目的;两种封装方式的位移曲线、应力曲线均随着温度荷载的周期性波动而波动,且应力极值不断放大,传统LCC封装工艺的芯片位移、应力明显大于阶梯深孔封装的芯片位移、应力,后者位移约为前者位移的19%~27%,后者应力约为前者应力的18%~57%,表明阶梯深孔封装结构有效改善了模块内部组件的翘曲和应力集中现象。

基于二硫化钼的电容式土壤湿度传感器

[目的/意义]土壤中含水率直接影响农作物生长状态和产量。开发出一种可靠、高效的土壤湿度传感器对实施农田科学灌溉具有重要指导意义。[方法]本研究提出一种基于微加工工艺制备的二硫化钼电容式土壤湿度传感器,通过叉指电极上同一平面上的金电极阵列实现数个电容并联,表面修饰二硫化钼作为敏感层实现对土壤湿度的测量。通过计算及使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件研究电极参数对电容敏感度的影响,最终确定电极参数使用10μm间距、75对叉指。[结果和讨论]在保证测量精度的前提下,大大缩小了传感器的体积,可以实现土壤湿度的原位动态监测。在室温下相对湿度值从11%变化到96%时,电容式土壤湿度传感器在200 Hz频率下的电容输出为12.13 pf~187.42 nF;当土壤含水量由8.66%增加到42.75%时,传感器的电容输出在200 Hz频率下由119.51 nF增长到377.98 nF,显示出较高的湿度灵敏度及较宽的敏感范围。[结论]本研究提出的土壤水分传感器有望实现原位长期监测电容式土壤传感器的电容变化,从而监测土壤湿度的变化。

MEMS磁电耦合矢量水声传感器研制

本文提出了一种基于磁电耦合原理和MEMS加工工艺的矢量水声传感器。该矢量水声传感器的MEMS敏感检测单元包括磁电耦合材料、八悬臂梁-中心质量块MEMS元件和永磁铁。采用电荷放大信号处理电路处理敏感检测单元产生的信号。通过对磁电耦合材料、MEMS元件和信号处理电路进行设计,使矢量水声传感器在工作时具有很高的灵敏度。通过声学灌封完成矢量水声传感器的制备,并对矢量水声传感器的性能进行了测试,测试结果表明:该矢量水声传感器的接收灵敏度在1 000 Hz时达到-180 dB(0 dB re 1 V/μPa)。

基于加速度传感器的电梯多参数检测仪设计

轿厢运动参数、振动舒适度、制动性能参数、异常振动频率、倾斜角等多个参数的现场检测对确保电梯安全稳定运行具有重要意义。传统模拟量输出型加速度传感器由于体积大、集成度低,较难实现电梯的多功能、多参数检测需求。基于微机电系统三轴加速度传感器和高性能单片机,开发了电梯多参数检测仪。该检测仪包括三轴加速度无线测量模块和智能终端应用程序。现场应用表明,该检测仪可实现电梯速度及加速度测量、轿厢振动舒适度测量、自动扶梯梯级和扶手带振动舒适度测量、电梯制动参数测量、异常振动源追溯等功能,可广泛应用于电梯安装、维保、检验、抽查、事故调查等测试场合。基于微机电系统加速度传感器的仪器设计思路可为类似机电类设备的安全检测提供有效参考。

特种微机电系统压力传感器

通过对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器设计方法与封装制作工艺问题的研究,针对不同应用环境下对压力传感器的性能、尺寸及封装要求,提出相应的传感器力学结构模型——微压结构、梁膜结构及倒杯结构,通过相应的FEM有限元建模方法对传感器结构进行仿真分析并优化结构尺寸,建立合理的力学结构;进行MEMS工艺设计及封装工艺满足传感器微小尺寸、耐高温冲击响应及高过载能力等要求。其中,针对微压传感器在测量过程中高灵敏度与非线性矛盾问题进行力学分析及仿真,分析不同结构的传感器的力学特性及结构尺寸对传感器输出特性的影响,提出新型梁膜结构微压传感器结构,对新型结构传感器进行MEMS工艺研究;根据空气动力学试验、航空测试及火药爆破试验等对高温压力传感器的动态特性要求,采用倒杯式高频响压力传感器及齐平膜封装方式,提高传感器的动态响应特性,满足10 kHz到1 MHz的频响要求;通过有限元分析耐高温冲击封装结构,采用梁膜封装结构提高了耐高温压力传感器的可靠性。通过压力传感器仿真验证、静态特性试验及动态冲击响应试验验证传感器力学结构建模方法、MEMS工艺设计及封装设计的正确性。

基于微机电系统技术和纳米金自组装膜的安培型免疫传感器研究

基于微机电系统(MEMS)技术制备安培型免疫传感器,并利用基于硫醇单层膜的纳米金单层膜自组装技术设计传感器界面,用于固定人免疫球蛋白(IgG)抗体,研制了一种新型的安培型免疫传感器。采用MEMS技术,在硅片上制备微型的三电极系统以及SU-8反应池。基于自组装技术,先在金电极上自组装巯基乙胺单层膜,利用膜上氨基与纳米金共价结合组装纳米金单层膜,得到可用于固定抗体的界面。实验探讨了影响抗体固定的主要实验参数和条件;考察了采用此固定化方法传感器的响应性能,与金电极直接吸附固定法和戊二醛共价交联固定法进行了比较。对IgG检测的实验结果表明,采用纳米金自组装膜固定抗体,具有活性高、非特异性吸附小、检测线性范围宽等优点。并且,基于MEMS技术的安培型免疫传感器具有微型化、与集成电路工艺相兼容、易于实现传感器的阵列化和实时多参数检测等优点。

基于MEMS惯性传感器变形监测系统研究

针对水库大坝野外无人值守环境中的低成本表面变形监测场景,该文基于微机电系统(MEMS)惯性传感器建立了从传感到云端的监测系统,面向应用场景中的实际需求,基于星形自组网网络拓扑设计了高可靠冗余通信链路。针对长时无人值守的表面变形监测需求,从传感、供能和通信等方面进行了工程设计。面向应用场景中的恶劣环境(如雨、雪、暴晒、高温、高寒等),设计了防水等级达IP68的外壳防护结构。环境试验和现场测试表明,该文设计的基于MEMS惯性传感器的变形监测系统具有稳定、精确的表面变形监测指标,以及可靠、高频的数据通信能力。

光纤传感器在微机电系统振动测量中的应用

本文介绍的光纤传感器根据 Michelson干涉仪的原理 ,通过测量相干光的干涉条纹的移动来测量反射面的位移 .同时 ,利用宽带光源 ,采用相位跟踪技术测量极微小的位移和位移的方向 .从而 ,既能测量 nm级极微小的振动 ,也能测量 mm级的振动 .为了适应高频振动的测量 ,引入 DSP充当数据处理系统的核心 ,提高处理速度 .该光纤传感器设计巧妙 ,精度高 。

基于微机电系统运动传感器在人体运动测量中的应用

背景:基于微机电系统的运动传感器以其安装简易、使用便利、成本低廉的特点给人体运动测量变革带来了契机。目的:分析总结运动传感器中适合人体运动测量的几型传感器,以及利用这些运动传感器取得的研究成果。方法:应用计算机检索CNKI和ISI数据库中2005/2011-08关于基于微机电系统运动传感器技术的文章,在标题和摘要中以"微机电系统、运动传感器、人体运动"或"micro electro mechanical systems sensor,human motion,human movement"为检索词进行检索。选择内容与微机电系统运动传感器技术在人体运动测量中的应用相关的文章,且尽量选择近5年发表或发表在权威杂志的文章。结果与结论:初检得到180篇文献,根据纳入标准选择34篇文章进行综述。人体运动测量中对各种运动传感器技术的关注和应用越来越多,运动传感器能够迅速简便地检测人体的运动信息,而其捕获的运动信息可广泛运用于各种临床领域。随着软硬件技术的不断发展将成为人体运动测量的主流手段。

图像传感器在体内无线内窥微机电系统的应用

目的探讨图像传感器在体内无线内窥微机电系统的应用。方法比较不同类型图像传感器的优缺点,并考虑体内的使用环境和要求,选择集成度高、功耗低、体积小,可输出模拟图像的CMOS图像传感器作为无线内窥微机电系统的传感部件,对此类传感器的特定型号的体积和功耗进行比较分析。结果本设计合理解决了设计图像传感器外围电路时应该注意的接地、晶振电路配置、电路板布线等问题,制造出了含OV7930的图像传感器采集模块,在动物实验中成功采集到图像。结论在无线内窥微机电系统中关于此图像传感器的应用设计是可行的。

微机电系统磁流体压力微传感器

由于磁流体具有磁性，如果在磁场作用下力的平衡发生变化，会因磁流体的流动而产生压力。将这种现象用到微系统中，可以获得1～1000mbar数量级的压力值。在试验装置中，用压阻式压力传感器得到了40mbar的压力。试验结果表明，磁流体和微系统的结合具有很大的潜能，为其应用于新的场合提供了研究基础。

微机电系统压力传感器抗干扰系统设计

鉴于传统的硅基微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)压阻式压力传感器普遍存在温度漂移和时间漂移误差,采用恒温控制和恒流源自校正方法针对上述问题设计和研究了一种MEMS压力传感器抗干扰系统。首先,简单介绍了传感器的各项参数和温漂、时漂原理。其次,设计并制作了传感器相关外部抗干扰电路。最后,对该系统进行实验测试。结果表明:抗干扰系统能减小传感器温漂和时漂误差,热零点漂移的绝对值由恒温前的0.0652%FS/℃降至恒温后的0.00788%FS/℃,热灵敏度漂移的绝对值由0.118%FS/℃降至0.0153%FS/℃,时漂补偿后预测误差由-3.436~0.875 kPa降低至-2.086~1.765 kPa。该设计对MEMS压力传感器温漂、时漂补偿等抗干扰方面的研究具有一定参考价值。

微机电系统内温度传感器的负荷效应及其补偿

传感器对被测对象的负荷效应是微机电系统中不可忽视的一个问题.阐述了负荷效应的基本概念,提出了一种通过实验获取传感器负荷效应的方法,称之为"二减一法",并以聚合酶链式反应芯片内的温度传感器为例详细论述了该方法的具体应用.

MEMS传感器在汽车电子控制系统中的应用

电子控制技术目前已广泛应用于汽车的发动机管理系统、电动转向系统、轮胎管理系统、驾驶辅助系统、巡航控制系统及导航系统等各类电子控制系统中,而传感器是其工作的基础配套零部件。介绍了汽车电子控制系统对传感器的功能及性能要求,分析了汽车电子控制系统中各类传感器,特别是压阻式微机电系统(MEMS)压力传感器的应用情况。

基于微机电惯性传感器的四足机器人姿态检测

提出了一种基于微机电惯性传感器的四足机器人姿态检测系统和方法,由加速度传感器和角速度传感器模块组成,经数据计算可获取静态姿态、动态加速度、静态欧拉角和动态欧拉角检测等。对加速度传感器和角速度传感器参数标定和信号调理,建立了四足机器人姿态检测模块的硬件系统。通过在四足机器人上进行了姿态检测模块的测试,表明该姿态检测系统能有效检测到四足机器人的关键姿态特征量,为四足机器人的姿态稳定性控制提供设备保障。

船舶操控室内的微机电惯性传感器精确导航研究

海上运输业繁荣发展,船舶越来越智能化和大型化。大型船舶内部结构复杂、体积庞大、设备众多,给船员的日常生活和船舶应急反应造成很大的影响。本文主要针对船舶操控室内的精确导航问题,提出了基于微机电传感器精确导航的方法,设计基于微机电惯性传感器的室内导航系统,实现船舶操控室内的精确导航。

微机电系统传感器的制造和应用

本文叙述微机电系系统传感器的设计制造技术和主要应用

基于IQPSO-EKF的多传感器融合姿态测量方法研究

为解决自动化竖井掘进设备的定位调姿精度对竖井、孔桩挖掘效率与质量的影响,提出了一种基于改进量子粒子群(IQPSO)-扩展卡尔曼滤波(EKF)的姿态测量算法,以提高微机电系统(MEMS)传感器测量精度。首先,对MEMS传感器数据进行了预处理(除噪、滤波、校准等);然后,参考现有飞行器的坐标系,建立了姿态解算模型,通过姿态角数学模型及运动学分析,构建了EFK状态方程,针对EKF方法参数估计不准确的问题,以分段混沌映射优化初始种群,引入平均位置最优值来避免陷入局部最优的IQPSO-EFK算法,优化EKF的系统、测量噪声的协方差参数;最后,对改进算法和三组姿态误差估计进行了对比实验。研究结果表明:对比三种典型目标函数,IQPSO-EFK相较于普通粒子群算法(QPSO-EFK)具有更强的寻优能力与收敛精度;对比三组旋转速度姿态测量误差,基于IQPSO-EKF算法的姿态测量方法在测量误差时比真实测量误差减少了约86.3%,比扩展卡尔曼滤波减少了约68.7%,比普通粒子群算法减少了约28.2%,证明该算法有效地提高了MEMS传感器测量精度。