柔性电容式压力传感器性能优化的研究进展

柔性电容式压力传感器具有低能耗、高灵敏度、高稳定性等优点,在可穿戴设备、电子皮肤等柔性电子领域受到广泛关注。概述了以复合介电层和微结构设计为代表的柔性电容式压力传感器灵敏度提升方法,并介绍了柔性电容式压力传感器在追求高灵敏度和宽检测范围方面通常采用的多级复合结构、复合机制和混合响应策略,最后对柔性电容式压力传感器发展趋势进行了展望。

基于双面多级微结构的柔性电容式压力传感器

柔性压力传感器作为可穿戴智能设备的重要组成部分,在人体行为监测、电子皮肤系统等方面有广泛的应用。为了进一步利用微结构对柔性传感器灵敏度的提升效果,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与碳黑(CB)、多壁碳纳米管(MWCNTs)混合成导电材料并复制砂纸表面微结构作为上下电极层,用PDMS复制弧形凸起和砂纸微结构组成双面微结构介电层,设计成基于双面多级微结构的柔性电容式压力传感器。两种微结构的组合使得传感器的性能有了明显的提高,具有高的灵敏度(1.2875 kPa-1,<0.1 kPa),宽的检测范围(可达100 kPa),快的响应时间(80 ms),并保持良好的重复稳定性。结果表明:该传感器能够在人体行为监测以及其他应用方面发挥理想的性能。

基于PDMS微结构介质层的柔性电容式压力传感器

近年来,为了满足人工智能、物联网和可穿戴设备的发展需求,高灵敏度、低成本的柔性压力传感器的设计和制备引起了研究人员的广泛关注.本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)四棱柱微结构薄膜作为传感器的介质层,以银纳米线-聚对苯二甲酸乙二醇酯(AgNW-PET)透明导电膜作为传感器的上下电极层,制备了一种具有“三明治”结构的柔性电容式压力传感器.采用压力装置以及电容采集装置对传感器的性能进行测试.测试结果表明,在0~0.18 kPa压强范围内,该传感器的灵敏度可达0.63 kPa^(-1),并且具有较低的迟滞性,较快的响应时间和恢复时间,以及较好的重复性和稳定性,能检测到0.73 Pa的微小压力.最后,展示了传感器在接触检测和接近感应中的应用.

柔性电容式压力传感器制备及测量综合实验

柔性电容式压力传感器可用于可穿戴器件和人体生理信号监测而受到广泛关注,为此设计了基于柔性电容式压力传感器制备与测量的综合实验。制备了基于金(Au)电极,空气隙和二氧化硅(SiO2)为介电层,聚二甲基硅氧烷/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PDMS/PET)为基底的柔性压力传感器,并搭建一套可实现电容式压力传感器实时测量的装置,采用LabVIEW编程控制其测量过程,实现数据实时显示和存储,并对制备的柔性电容式压力传感器进行参数测量。该实验将压力传感器制备方法与微电子器件制造工艺及手段相结合,不仅可以激发学生的科研兴趣,也有利于提升学生的创新能力。

电容式压力传感器的线性化校正与温度补偿

论述了利用最小二乘法和牛顿插值法对电容式压力传感器的非线性和温度影响进行校正和补偿的方法。对电容式压力传感器信号存在非线性和温漂问题的机理进行了分析。采用最小二乘法对传感器输出信号进行非线性校正,然后利用牛顿插值法进行温度补偿。测试结果表明,在-40~85℃温度范围内实现了0.04%的测量精度。

新型厚膜陶瓷电容式压力传感器感压元件研究

采用厚膜传感技术研制新型陶瓷电容式压力传感器,重点开展厚膜陶瓷电容感压元件的制备工艺和混合集成化研究。详细阐述了双电容感压元件的工作原理、结构设计、工艺制备方法及性能测试。试验结果表明:研制的感压元件性能良好,非线性误差低于1.0%,迟滞误差小于0.5%,测试电容和参考电容温度系数近乎一致。

基于黑磷烯/氧化石墨烯双介质层的柔性电容式压力传感器

设计并制备了由黑磷烯/氧化石墨烯双层材料为介质层的电容式柔性压力传感器,该传感器结构以ITO为电容上下极板,PET为柔性基底,并对该传感器进行了系统的性能测试与分析。着重研究了该传感器在不同压力量程内的灵敏度,进而分析了其温度漂移特性。测试结果表明,以黑磷烯/氧化石墨烯薄膜为双介质层的电容式柔性压力传感器在0～3.12 kPa压力量程内灵敏度可达到1.60 kPa^(-1)。同时,对该传感器和以氧化石墨烯薄膜为单介质层的传感器进行了弯曲应变性能的对照实验,可知具有双介质层的传感器结构能够显著提高传感器的输出特性。

一种基于SOI技术的MEMS电容式压力传感器

利用绝缘体上硅（SOI）技术研制了一种可以用于飞行高度测量、气象环境监测和医疗等领域的高精度微电子机械系统（MEMS）电容式压力传感器。利用有限元分析软件对传感器敏感结构进行了结构建模、静力和模态仿真分析。敏感结构为敏感电容和参考电容差动输出形式,可以有效减小温度漂移和重力误差对压力测量准确度的影响。比较了无岛和有岛两种敏感膜的性能差异。为了提高传感器性能,利用成熟的MEMS加工工艺制作了SOI敏感电容极板,并利用硅-硅键合工艺实现了真空腔体。传感器采用标准塑封封装后,采用高低温压力测量系统进行了性能测试。测试结果表明,传感器量程达到30-120 kPa,非线性0.04%-0.09%,分辨率1 Pa。

一种单片集成电容式压力传感器的设计、制造和测试

提出了一种新型电容式压力传感器。在外加压力下,该传感器的极板面积、间距以及介质层介电常数均发生改变,并导致电容发生变化。同时介绍了接口电路的设计,该电路基于电容-频率转换原理。该传感器结构简单,实现了与CMOS接口电路集成。传感器采用标准CMOS工艺与后处理工艺相结合的方式制造。结果表明,在800hPa到1100hPa的压力范围,传感器灵敏度约为44fF/hPa,接口电路的分辨率为3.77Hz/hPa。

人工神经网络在电容式压力传感器设计上的应用

论述了利用函数链人工神经网络 (FLANN)对电容式压力传感器的非线性和温度影响进行校正和补偿的方法 ,并利用计算机对FLANN的性能进行了仿真研究。通过比较 ,在电容式压力传感器的非线性校正和温度补偿问题上 ,采用FLANN比用多层感知器(MLP)具有计算简单、硬件电路少。

基于支持向量机的电容式压力传感器建模方法

将支持向量机(SVM)引入传感器建模研究中,这里,SVM作为校正误差的一个逆模型。SVM有效地解决了小样本学习问题,因此,该方法对试验数据无特殊要求。最后,电容式压力传感器(CPS)建模试验结果证明了该方法的可行性和高效性。

电容式压力传感器温度补偿的RBF神经网络

提出了一种基于径向基函数 (RBF)神经网络的电容式压力传感器温度补偿方法。通过实例说明了这一方法的应用 ,结果表明采用这种方法能在不同的压力下及温度变化较大时 ,对电容式压力传感器进行有效的温度补偿 ,并且能得到很高的补偿精度。

接触电容式压力传感器的设计与模拟

针对大气测量的气压计应用,根据接触电容式压力传感器的工作原理,优化设计了绝对压力传感器的圆形膜结构。通过有限元分析软件ANSYS进行了验证,最后讨论了这种结构的非线性度。

微型电容式压力传感器硅基薄膜的设计与制备

获得均匀、平整的硅基薄膜是制备出高灵敏度的微型电容式压力传感器的关键步骤.首先在理论分析的基础上,确定了微型电容式压力传感器的基本参数,而后在制备中,发展了一种新型的硅基薄膜制作方法,即利用硅-玻璃键合工艺,结合浓KOH溶液超声腐蚀与化学机械抛光的方法,得到了厚度为10μm的均匀、平整的硅基薄膜,为制备微型压力传感器奠定了工艺基础,也可用于其他微机电系统(MEMS)压力传感器.

采用环形岛棱结构的电容式压力传感器(英文)

改变传感器可动极板的结构是解决MEMS电容式压力传感器信号输出与压力输入呈非线性关系问题的方法之一。设计了一种新型结构电容式压力传感器,其可动极板是LPCVD氮化硅构成的一个方形薄膜,薄膜中心到边缘之间由PECVD氧化硅构筑一个环形岛棱,使可动极板在压力负载下的变形趋于平整,减小了边缘杂散电容带来的非线性,从而改善了该传感器的输出特性。利用有限元方法分析了不同尺寸的动极板在不同外加压力作用下压力与形变的关系,以及相应的应力分布情况,并采用最小二乘拟合直线法计算了压力传感器的线性度。分析结果表明,与常规的双极板微型电容式压力传感器相比,新型结构压力传感器的线性度改善了48 .38 %,达到了1 .6 %。

基于微半球结构液态金属弹性体的柔性电容式压力传感器

为了提高电容式传感器的灵敏度,设计了基于微半球结构液态金属弹性体柔性电容式压力传感器。该传感器以液态金属(LM)和弹性体(Ecoflex 00-30)作为介电层材料,采用模板法构建出微半球结构弹性体表面,选用柔性印刷电路板(FPCB)作为传感器上下电极。研究分析了微半球结构和液态金属填料体积分数对传感器灵敏度的影响。实验结果表明,掺杂40%体积分数LM的微半球结构传感器灵敏度高(0.721 kPa;)、检测极限低(<1.23 Pa)、响应时间短(<450 ms)、稳定性良好。该传感器可用于氢燃料电池气压泄漏检测。

全陶瓷质电容式压力传感器

全陶瓷质的电容式压力传感器系80年代末世界才出现的新产品,国内尚属空白,国外也仅有美、德两国生产,大大的限制了该类传感器的应用。我国每年仅军工、石油化工等行业就需引进10万套。

Consensic推出MEMS电容式压力传感器

美国Consensic公司推出革命性新型微机电（MEMS）智能电容式压力传感器CPS120，是全世界唯一一家数字式MEMS电容式压力传感器的厂商。．

振动环境下碳化硅电容式压力传感器的零漂分析方法

通过时域仿真和振动测试的分析方法,研究分析振动环境下碳化硅(SiC)电容式压力传感器的零漂。在振动仿真中,将频域信号转换成时域信号,采用有限元分析软件ANSYS,对碳化硅电容式压力传感器进行正弦扫描、随机振动和冲击仿真分析,从形变计算得到传感器的仿真零漂。在振动测试中,分别在传感器施加随机振动、正弦扫描和冲击等载荷,测试得传感器振动前后的电压,计算出测试零漂。研究结果表明冲击振动环境中传感器的零漂最大,正弦扫描振动环境中传感器的零漂最小。当传感器的最小固有频率远大于最大振动频率时,研究发现振动试验的零漂主要与振动量级有关。

一种柔性电容式压力传感器及其制备方法

本发明提供了一种柔性电容式压力传感器,包括上、下电极,夹设于上下电极之间的复合电介质层,其中,复介电介质层包括与上电极连接的第一结构层、与下电极连接的第二结构层、以及设置在第一、第二结构层之间的可形变层;可形变层具有拓扑结构。