具有温度补偿的微细圆柱基MEMS流速传感器研究

目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。设计并制造了一种可介入小管径管道的、具有温度补偿功能的圆柱基流速传感器,器件采用旋转投影曝光和微机电系统(MEMS)技术制作而成,包含一个薄膜型加热电阻和一个稳定补偿电阻,基于热阻原理可实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明:该流速传感器的温度系数为0.2236%/℃,灵敏度为4.25 mV/(cm·s^(-1))。研制的圆柱基MEMS流速传感器可在内径为2 mm的管道中对具有一定温度变化的流体进行流速测量,有望应用于工业、生物医学等领域。

自加热非晶锗热电阻MEMS流速传感器的制造与测试

为扩大流速传感器的测量范围并降低功耗,制造并测试了一种基于自加热非晶锗薄膜热电阻的MEMS流速传感器,它是由嵌入氮化硅薄膜的四个非晶锗热敏电阻和一对环境测温补偿电阻组成。四个非晶锗热电阻同时作为自加热热源和测温元件,相互连接以形成惠斯通电桥。给出了MEMS工艺流程,微加工制造了尺寸为8.9 mm×5.6 mm×0.4 mm的流速传感器芯片。搭建了低流速和高流速气流通道实验装置,对传感器的惠斯通电桥施加50μA的恒定电流(CCA),实现了0~50 m/s范围内的流速测量。结果表明,传感器在低流速(0~2 m/s)时的灵敏度约为81.6 mV/(m/s),在高流速(2~50 m/s)时的灵敏度约为51.9 mV/(m/s),最大功耗仅约为1.03 mW。

流速/温度共采的光纤布拉格光栅涡轮流速传感器

为实现敏感元件仅为单一光纤光栅流速传感器的多参数同时测量,提出了一种流速/温度共采的光纤布拉格光栅(FBG)涡轮流速传感器。该传感器通过涡轮实现流体冲击力对光纤光栅中心波长的频率调制,解决光纤光栅温度应变的交叉敏感,理论计算得到其流速检测灵敏度为2.91·10-2 m/(s·Hz-1)。为测试传感器的性能,搭建了传感器测试系统,并选取光纤动态解调仪解调的光纤光栅中心波长动态信号作为试验原始数据。应用快速傅里叶变换(FFT)法分析试验数据,得到传感器流速的检测下限为0.541 7m/s,检测灵敏度为2.57·10-2 m/(s·Hz-1),检测精度为25mm/s,略小于理论计算值,其主要原因在于圆管内流体的流速并非均匀分布的匀速运动,管道内壁对流体具有一定的黏滞力。应用经验模式分解分析原始数据获取其趋势项信号,得到该传感器的温度灵敏度为10.6pm/℃,检测精度为0.5℃。

靶式光纤光栅流速传感器在裂隙水模型试验中的应用

结合等强度悬臂梁和光纤Bragg光栅(FBG)设计了靶式FBG流速传感器,用于在线测量管道及裂隙的流场流速。传感器将流体中靶片的受力转化为该流速下对应FBG中心波长的漂移,并自动实现温度补偿。采用FLUENT6.3对被测裂隙及管道流场进行有限元仿真,确定裂隙中靶片受力特性及相同受力条件下的等效管道内径,并求得过流断面5mm×2000mm的裂隙中传感器的灵敏系数为8.71×10-4 s2/m2。在管道系统中进行传感器标定实验,传感器在0～1.20m/s范围内,最大误差为0.02m/s。将该传感器应用于裂隙水模型引流试验,实验结果表明,关键点流速随着进水阀门开度逐渐增大而提高。打开引流管道阀门,引流管道布设处后方各点流速降低,且同一断面流速变化趋势保持一致。

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管。导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系。压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移。通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速。双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题。该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s。实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的。

新型流速传感器及其流速数据采集系统

新型流速传感器采用红外调制电路以克服环境光对流速测量的影响 ,流速数据采集系统采用工业化脉冲计数模块 .因此 ,该系统具有较好的稳定性和可靠性 ,且成本低 ,配置方便 .

深海高流速传感器研制

阐述了深海高流速传感器的工作原理、结构设计、工艺研究及信号处理技术,该传感器中流速测量采用毕托管原理,利用差压传感器测量流体总压与静压差,流向测量采用水向标原理,角度变化由磁阻芯片检测,并采用单片机进行数据采集和后续处理,使得传感器具有测量范围宽、准确度高、耐高静压、分辨力高、抗振动冲击、耐腐蚀、适于深海中流场测量等特点。

自热耗散式油井注入液体流速传感器

结合油田井下流速测量的特点 ,论述了一种适用于井下测量的低流速、高粘度油井注入液体流速检测的新型传感器。该传感器采用PTCR自热耗散原理检测油井注入液体流速。解决了井下空间狭窄、流体粘度大、工作温度偏高、环境压力偏大等测量难题。设计并制造了井下PTCR热耗散式流速传感器。实验和试用结果表明 ,该传感器具有良好的重复性和可靠性 。

光纤流速传感器

依据伯努利原理，给出一种采用反射式强度调制型光纤传感器对流体流速的测试方法，在理论上进行了分析和论证，并从实验的角度证明了开发应用的可行性．

智能测井流速传感器的研制

阐述了采用应变式不锈钢膜片设计智能测井流速传感器的原理、结构设计、信号放大电路、电压／频率变换电路、电源载波调制电路的设计原理和工作特点，提出了一套智能化油井注入液体流速检测方案。实验结果表明，该技术方案可行，并展望了在石油生产中的应用和发展前景。

流速传感器定比例跟踪技术

本文根据作者所研制的流速传感器跟踪控制器[1]，阐述在水工、河工模型试验中，使流速仪的流速传感器自动按规定的比例跟踪水位变化的一种技术，该技术使流速仪始终能测到一定比例水深处的流速．

用表面微机械加工技术制成的流速传感器

本文介绍用表面微机械加工技术制成的多晶硅桥形温敏电阻及其在流速传感器中的应用。“桥体”和“桥墩”材料分别为多晶硅和二氧化硅。流速传感器的实验结果表明,在流速为10cm/s下输出可达380mV。

高耐压应变型靶式流速传感器

介绍一种高耐压应变型靶式流速传感器,考虑了被测流体粘性的影响,利用流体力学的方法给出了一种简单实用的设计计算公式,用结构有限元程序对传感器弹性元件进行了振动特性分析,并与实验值进行了比较。

压阻式流速传感器的研究

提出了一种采用差压式制作流速传器的设计思想，并对结构进行了分析、实验。给出了性能测试结果。该传感器可用于海流、工业流场等流速的测量。

柔性MEMS流速传感器的测控电路设计与实验

针对MEMS流速传感器量程小及无法应用于曲面的不足,设计制造了一种柔性MEMS流速传感器,其结构主要包含加热电阻和3对测温热电阻,同时结合热损失和热温差工作原理来实现宽量程的流速测量。设计了带温度补偿的双惠斯登电桥测控电路,利用STM32微处理器ADC模块对多路流速测量结果进行采样。测试实验实现了0～32 m/s的输入风速测量,其中在1 m/s以下的低风速段内传感器具有100 m V/(m·s^(-1))的较高灵敏度,在风速(1～7 m/s)和(7～32 m/s)下的灵敏度分别为83.1 m V/(m·s^(-1))和28.3 m V/(m·s^(-1))。该柔性MEMS流速传感器可贴于曲面应用,测量范围大、精度高。

用于迫弹速度测量的柔性MEMS流速传感器仿真

大部分迫弹采用引信涡轮发电机兼作为弹道辨识用的速度传感器,但是涡轮发电机存在着低速停转和高速限速等测速问题。设计了一种贴装在引信上测量迫弹飞行速度的宽量程柔性MEMS流速传感器。利用有限元仿真软件对迫弹引信进行了流场仿真,确定了流速传感器在引信进气道内的贴装位置,并对传感器进行了热-流场耦合仿真。引信流场仿真表明,拉法尔管进气道后端壁面处流速与迫弹飞行速度为近似线性关系：迫弹飞行速度0～350m/s对应壁面流速为0～75m/s。进气道内安装的柔性流速传感器的热-流场耦合仿真表明,由传感器加热电阻的加热功率和三个测温电阻对的温度差可测量0.01～75m/s的流速,这为传感器用于迫弹的弹道辨识奠定了理论基础。

微型热式流速传感器及其在微型飞行器翼表流场测量中的应用

阐述了微型热式流速传感器测速的基本原理,并结合微型飞行器(MAVs)的特征,介绍了微型热式流速传感器在微型飞行器翼表流场测量中的应用,以及整个测量系统的组成.传感器敏感元件选用薄膜铂热敏电阻,采用恒压式工作方式,通过风洞试验,对传感器进行了测试,并运用最小二乘法进行模型辨识.实验结果表明,所采用的流速传感器测量范围为0m/s～12m/s,测量精度为4%,基本满足微型飞行器翼表流场测量的使用要求.

变宽度悬臂梁的FBG流速传感器

通过对光纤传感器进行设计,提出了一种基于变宽度悬臂梁的光纤(Bragg)光栅(FBG)流速传感器。传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBG构成,悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计,传感头两部分之间的衔接不需要用销子固定,整个传感头浑然一体,无额外附加重量,制作方法简易,且实验设置参考光栅,实验结果不受温度变化的影响。实验表明:传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系,传感器的灵敏度为0.025 m/s。可测流速范围为0~2 m/s,传感器不仅实现了对温度的补偿,而且提高了测量精度、灵敏度。

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。

压阻式流速传感器研究

介绍了一种流速传感器的工作原理、结构设计和关键工艺。该传感器基于毕托管的工作原理来测量流速,采用压阻式差压传感器测量流体中的总压与静压之差。整个装置体积小、重量轻,可实现便携式检测。对流速传感器的标定测试方法进行了探讨和试验验证,实际测量和使用表明:流速测量结果准确可靠,准确度达0.5%FS。