双控制模式MEMS风速风向传感器设计、仿真及制备

针对恒温差模式下的MEMS风速风向传感器量程较小等问题,首次提出了一种恒温差和温度平衡双控制模式的MEMS风速风向传感器芯片。通过改变加热、测温电阻在传感器芯片的位置以及加热电阻的工作状态,用于实现传感器在低风速和高风速下处于不同的工作模式,从而使得传感器在不同风速下均有较为准确的输出结果。分别通过理论分析、有限元仿真证明了该传感器的量程可达0~75 m/s,采用温度平衡控制模式替代恒温差模式有效解决了恒温差控制模式高风速下传感器输出饱和的问题。此外,设计了该传感器的流片工艺,并利用MEMS工艺对其进行了制备。

基于聚酰亚胺基底的热线式剪切应力传感器

利用非硅微机械加工技术,制作了一种柔性热线式剪切应力微传感器。该传感器以聚酰亚胺膜为基底,可与被测曲面物体紧密贴合,具有较好的测量适应性和准确性。传感器采用线性度好、温度系数较高的铂金属制作敏感热线。为减少对被测流场的干扰且便于传感器的信号传输,传感器使用了背面引线结构。设计了恒温工作模式的传感器检测电路,并对电路的工作原理和参数设置进行了详细分析。对传感器进行了风洞实验,绘制得到剪切应力与输出电压的关系曲线。实验结果表明,设计制作的传感器及其电路可行。

一种基于CMOS工艺的二维风速传感器的设计和测试

给出了一种完全基于CMOS工艺的、能同时测量风速和风向的二维测风传感器的结构、工作原理及其测试结果。该传感器采用恒温差工作模式，热堆输出电压平均值反映芯片温度和环境温度的差，省去了测温二极管。风速测量采用热损失型原理．因此不存在速度量程问题；同时通过四周对称分布热堆的相对差分输出得到风向，风向的测试和风速无关。测试电路是由普通运放电路组成的控制和测试系统。经过风洞测试，风速的测量可以达到23m／s，风速分辨率达到0．5m／s，风速的最大误差为0．5m／s。传感器的反应时间为3～5秒，整个功率损耗约为50mW。

冻融过程中土中水分迁移室内试验研究

通过调节试验箱顶板、底板和箱体的温度模式,在正冻和正融试验条件下对粉质粘土的水分迁移进行试验研究。共做了四组试验,每组两个试样,一个用于冻结后测含水量,另一个用于测融化到设定位置的含水量。在其他试验条件相同的条件下,改变初始含水量或温度模式,研究了单个因素对水分迁移的影响。

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量。选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9mm×7mm×30μm。设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路。测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418%/℃,实验实现了0~36m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295mV/(m/s)。同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应。所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域。

CMOS硅风速传感器热性能的分析

给出了一种能同时测量风速和风向的基于CMOS工艺的二维硅风速传感器的工作原理、结构及其热学模型。针对恒温差和恒定功率两种控制方式,建立各自的一维传感器热学模型,并采用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN141分析和比较了不同控制条件下传感器的热性能及其和传感器特征尺寸的关系。最后,通过试验结果验证了模拟的正确性。