高回弹性压阻式薄膜压力传感器的研究进展

压阻式薄膜压力传感器作为薄膜压力传感器的重要分支,具有灵敏度高、响应快、弹性好等优点,如何同时实现高灵敏度、宽工作范围、快速响应和快速回弹是未来所面临的挑战,而新型材料、结构设计、传感器制备方式及动态特性建模是高回弹性传感器研制的关键。本文归纳了基底及活性层材料制备及其相应单一微结构、仿生结构、皱褶结构的设计,同时阐述了高回弹性压阻式薄膜的制备技术,总结了薄膜压力传感器动态建模和动态补偿的方法,最后对薄膜压力传感器发展中的新需求做了展望。

基于石英晶体薄膜的压力传感器研究

基于石英晶体薄膜,进行了直接键合、Au-Au键合、共晶焊和玻璃浆料封接,包括石英晶体—石英晶体、石英晶体—609金属双层封接、石英晶体三层封接、石英晶体—609金属多层封接。封接漏率低于1×10^(-13)Pa·m^(3)/s,强度达到了10MPa,翘曲降到了3μm。采用石英晶体作为敏感元件,利用MEMS加工工艺制备出带有电极图形石英,通过转接的方式,将石英晶体薄膜封接到609金属上制成电容压力传感器,测试了不同封接工艺零位漂移,实现了0.001~0.1 mmHg低真空度的测量范围,测量范围内精度±0.6%。15天长期零位漂移为0.8μmHg,漂移水平为0.5%FS。通过在石英晶体上设计“弓”型应力释放结构,采用上述相同工艺制备了电容压力传感器,15天长期零位漂移水平降至0.06%FS。

薄膜压力传感器在铁路运输行业中的运用

本文深入探讨了薄膜压力传感器在铁路运输行业的创新应用。通过对传感器在高负载、变温、高湿度等恶劣环境中的性能表现进行详细分析,揭示了该技术在提高铁路系统监测精度和可靠性方面的巨大潜力。

薄膜压力传感器在液压振动沉桩试验中的应用

薄膜压力传感器因厚度薄、测试单元面积小和灵敏度高等优点在土木工程领域逐渐得到应用。为探究薄膜压力传感器在液压振动沉桩中监测桩侧法向应力的适用性,在砂土中开展液压振动沉桩大比尺模型试验。试验结果表明:液压振动沉桩的桩侧残余法向应力显著小于振动时的法向应力;在合适的保护措施下,薄膜压力传感器能有效监测沉桩过程中的桩侧法向应力。

薄膜压力传感器(FSR)曲面土压力测量研究

岩土工程现场及室内模型试验中常用刚性土压力盒测量土压力,但传统刚性土压力盒(SPC)由于隔膜下陷、"嵌入"效应、不能完全贴合测量表面、需要较大的埋设空间等自身局限性,在测量例如桩或埋地管道等弯曲表面土压力时并不适用。基于薄膜压力传感器(FSR)的特点设计了测量电路和标定装置,分析了标定特性,并初步探究了挠度对薄膜压力传感器(FSR)测量的影响,最后通过试验对比分析了传统刚性土压力盒(SPC)和薄膜压力传感器(FSR)测量弯曲表面土压力的性能。结果表明薄膜压力传感器(FSR)能有效避免"嵌入"效应,减小测量误差,并且安装方便。

基于FSR压电薄膜传感器鞋垫的足底压力缓冲研究

利用Force Sensing Resistors(FSR)薄膜压力传感器,对6名无明显身体缺陷和足部疾病的青年志愿者站在橡胶鞋垫、经编间隔鞋垫、纯棉针织鞋垫、纯棉机织鞋垫4种情况下,对脚拇趾、第一跖骨、第五跖骨、足跟处的压力进行分析,通过比较4个测量部位压力值,得到不同类型的鞋垫对足底压力缓冲性能的影响。研究表明:第五跖骨与足跟区域的压力较大;经编间隔鞋垫对足底缓冲减压效果最好,相比站在橡胶鞋垫上足跟处压力减少了41%;纯棉针织鞋垫对脚拇趾的缓冲效果较为明显,足跟处压力缓冲效果较经编间隔鞋垫不明显。

合金薄膜电阻应变式压力传感器的研究进展

综述了合金薄膜应变压力传感器的现状、发展趋势、技术关键及应用情况。合金敏感薄膜电阻在应变压力传感器上的应用克服了粘贴式应变压力传感的缺点,使压力传感器结构更精细,性能更优越,适应各种恶劣环境测量压力的要求。

SiC薄膜高温压力传感器

SiC是制造高温半导体压力传感器的理想材料。介绍了在Si衬底上外延生长 3C -SiC薄膜和用它制作的SiC高温压力传感器 ,并对研制结果进行了分析。简单介绍了其它几种SiC压力传感器的特点、结构和制作方法。

自制PVDF薄膜压力传感器标定

PVDF(聚偏氟乙烯)及其共聚物压电计具有响应快、灵敏度高、测压范围宽等特点,是一种理想的冲击压力传感器。该文利用PVDF压电薄膜自制薄膜传感器,并进行落锤动态标定实验,实验结果表明,该薄膜传感器具有相当高的线性拟合度和较好的重复性,可以用于低压段冲击波压力测量。

多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器

多晶硅纳米薄膜具有优越的应变灵敏特性和稳定的温度特性。为了使这种良好的压阻特性得到实际应用,文中给出了多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器的设计方法。根据多晶硅纳米薄膜压阻特性和硅杯腐蚀技术条件确定弹性膜片结构,并采用有限元分析方法对弹性膜片尺寸以及应变电阻分布进行了优化。依据优化设计结果试制了压力传感器芯片。实验表明该传感器工艺简单、高温特性好、灵敏度高。

康铜薄膜压力传感器的有限元分析

为研究康铜薄膜的压阻特性,建立了一个压阻式压力传感器模型。康铜薄膜压力传感器采用悬臂梁结构作为弹性元件,用有限元分析软件ANSYS12.0对传感器的静态特性进行了仿真分析。通过改变载荷大小研究了传感器的线性度,发现传感器线性度良好、灵敏度较高;分析了康铜薄膜层位置和薄膜厚度对传感器输出特性的影响,得出了薄膜位置对输出电压影响较大而薄膜厚度对输出电压影响较小的结论。

合金薄膜高温压力传感器研究进展

合金薄膜压力传感器克服了粘贴式应变压力传感器的缺点,性能更优良,适应恶劣环境压力测量要求。对合金薄膜压力传感器的工作原理进行了介绍,比较了几种压力传感器的优缺点,并以应用温度范围这一指标为中心论述了镍铬、铂钨及钯铬薄膜压力传感器的性能特点及研究现状。镍铬薄膜传感器适用于中、低温介质压力测量,而铂钨、钯铬薄膜传感器适用于更高温度环境下的压力测量。

SOI基纳米硅薄膜超微压压力传感器研究

设计分析了一种SOI基纳米硅薄膜的压阻式压力传感器，构建SOI埋层氧化层、SOI上层硅和A1N绝缘层多层压力敏感薄膜结构。利用纳米硅薄膜作为压敏电阻，AIN薄膜作为绝缘层，埋层氧化层自停止腐蚀制作压力空腔。该传感器的制备工艺简单，一致性、重复性好。通过ANSYS模拟分析了压力敏感层结构参数对传感器灵敏度的影响以及传热特性，验证了结构设计和理论模型的正确性和合理性。研究表明，该传感器灵敏度可达到1．3mV／（kPa·V），输出电压可达到0．65mV，且具有较好的线性度和高温性能，可实现对0—100Pa超微压的测量。

平膜片式薄膜压力传感器的线性度与灵敏度分析

针对薄膜应变片在圆平膜片上的两种基本布置方式,导出了平膜片式薄膜压力传感器的线性度和灵敏度的实用计算公式,分析了膜片的厚径比、薄膜应变片在膜片上的布置方式和位置对传感器的线性度与灵敏度的影响.给出了部分研制的薄膜压力传感器的线性度和灵敏度的实测结果与理论计算结果的比较.

新型薄膜式压力传感器的参数设计

利用待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取冲击波反射超压峰值的新型测量方法已经得到初步实验验证,该方法具有无需标定、制作简单、成本低廉、测量精度高等优点。为优选薄膜式压力传感器的主要参数,并获取压力测量的不确定度,开展了数值模拟,分析了薄膜厚度、待测压力、拟合参数等因素对压力测量的影响。对薄膜的位移或速度信号进行了拟合处理,获得了冲击起始时刻薄膜的加速度,进而得到了待测压力峰值;将获得的压力与标准压力进行比对,得到了拟合时长、拟合多项式阶次、薄膜厚度等因素的优选值,并获得了薄膜式压力传感器的主要技术指标。另外,开展了激波管比对实验,验证了数值模拟的相关结论。

薄膜式锰铜传感器的超高压力标定

为拓展锰铜传感器的高压测试上限 ,本文采用薄膜技术研制了一种新型的锰铜传感器。该传感器采用氧化铝封装 ,后置式结构 ,两步薄膜工艺制作。利用二级轻气炮进行了 40～ 10 7GPa的冲击高压加载 ,试验波形呈现出一理想的平台 ,寿命为 1μs。标定曲线 Px(GPa) =6 .0 371+2 9.819(ΔR/ R0 ) +2 1.5 91(ΔR/ R0 ) 2 - 6 .82 6 7(ΔR/ R0 ) 3近似于一条直线 ,精度达± 3%

电容式薄膜真空压力传感器设计

为了满足在工程型号上的使用要求,解决真空压力传感器敏感探头壳体与传感器壳体隔离绝缘问题;传感器输出信号非线性的补偿问题;传感器热零点漂移的全电路的温度补偿问题,采用电容式薄膜封装结构,壳体为电容的另一极,在0.1~100 Pa的范围内进行了校准测试,实现了传感器0.2%FS的测量精度。

金属薄膜式热敏电阻器在压力传感器中的应用

金属薄膜式热敏电阻器应用于压力传感器中 ,即可以测温 ,又可以对压力进行温度补偿 ,研究了金属薄膜式电阻器的温度特性和制备工艺 ,讨论了铂、镍、银薄膜式电阻器在压力传感器中的应用。

金刚石薄膜压力传感器的研究

金刚石的许多性质(例如,高硬度、高弹性模量、高屈服强度、化学惰性、低摩擦系数和高热传导)使它成为微结构器件的优异材料。现已证明金刚石薄膜有压阻效应,这个性能打开了金刚石薄膜在压力传感器领域的应用。研究了金刚石薄膜的欧姆接触、热敏特性和压阻特性。研究表明金刚石薄膜可制成适于高温工作的传感器。

压力传感器用NiCr纳米薄膜

采用离子束溅射纳米薄膜技术和半导体微细加工技术，将纳米薄膜应变电阻直接制作在金属弹性体上，实现了敏感元件与弹性体的原子结合，有效地解决了传统压力传感器中“零点漂移”技术难题，真正实现了在高温、振动等恶劣环境下的长期稳定性和可靠性。