适用于恶劣环境的MEMS压阻式压力传感器

为了消除潮湿、酸碱、静电颗粒等恶劣环境对压力传感器压敏电阻的影响,提出了一种新型结构的压阻式压力传感器。该传感器将压敏电阻置于应力薄膜的下表面并通过阳极键合技术密封在真空压力腔中,从而减少了外界环境对压敏电阻的影响。介绍了此种压力传感器的工作原理,使用ANSYS软件并结合有限元方法模拟了压敏薄膜在压力作用下的应力分布情况。最后,利用微机电系统(MEMS)技术成功制作出了尺寸为1.5mm×1.5mm×500μm的压阻式压力传感器。用压力检测平台对该压力传感器进行了测试,结果表明,在25～125℃,其线性度小于2.73%,灵敏度约为20mV/V-MPa,满足现代工业使用要求。

硅基MEMS梁-复合膜-岛压阻式压力传感器设计研究

针对微机电系统(MEMS)压力传感器灵敏度与非线性度难以兼顾的问题,提出了一种梁-复合膜-岛压力传感结构,运用有限元仿真软件优化整体结构尺寸以得到最大纵横应力差、挠度,并设计压阻条压敏电阻掺杂类型、掺杂浓度、结构尺寸及分布位置。将梁-复合膜-岛结构与传统结构的输出进行仿真对比,由仿真结果可知,梁-复合膜-岛结构在0~60 kPa压力范围内灵敏度较相关结构提升7%以上,较E型结构提升2倍,非线性度为0.029%FSS,满足MEMS微压压力传感器的高灵敏度、高线性度等要求,可支撑医疗领域相关应用研究。

硅压阻式压力传感器耐冲击设计改进

在液压伺服系统中,压力传感器是重要的测量器件,其中硅压阻式压力传感器应用最为广泛。由于压力传感器会遇到压力冲击的恶劣环境,强烈的压力冲击会造成压力敏感芯体的波纹膜片凹陷,甚至撕裂,最终导致传感器的失效。为了解决该问题,该文利用液压系统的阻尼原理,在压力传感器内增加了阻尼设计。利用AMESim软件对设计进行建模和仿真,并对改进后的传感器进行实际测试。结果表明,阻尼设计改进可以提高硅压阻式压力传感器的耐冲击性。

基于数字信号处理的压阻式压力传感器温度补偿

压阻式压力传感器是一种常用的传感器,它可以测量压力或力等物理量。然而,由于温度变化等因素的影响,压阻式压力传感器的输出可能会产生误差,需要进行温度补偿来提高准确性和稳定性。因此,本文提出基于数字信号处理的压阻式压力传感器温度补偿方法。针对基于数字信号处理设计传感器硬件电路、实现压阻式压力传感器的温度补偿两方面,完成基于数字信号处理的压阻式压力传感器温度补偿的设计。实验结果表明:采用该方法可以有效提高传感器的温度补偿效果,减少温度对传感器输出的影响,提高传感器的准确性和稳定性。

MEMS高温压阻式压力传感器闭环控制方法

为提高MEMS高温压阻式压力传感器的整体性能,提出一种MEMS高温压阻式压力传感器闭环控制方法。明确MEMS高温压阻式压力传感器在工作过程中产生的变谐效应,分析了静电驱动和电容检测。根据分析结果设计出闭环控制策略,在闭环控制过程中采用二元差值算法补偿传感器的温度误差,提高控制精度。通过灵敏度校准和零点失调校准,实现了MEMS高温压阻式压力传感器的闭环控制。试验结果表明,所提方法的控制精度高、信号采集准确率高及控制性能好。

基于PDMS的柔性压阻式传感器的研究进展

近年来,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体材料的柔性压阻式传感器的发展十分迅速,在人体运动及健康监测、电子皮肤、智能机器人等领域中具有广阔的应用前景。本文首先介绍了柔性压阻式传感器的传感机理及主要性能指标,然后重点综述了基于PDMS的柔性压阻式传感器的研究进展,特别是在PDMS与不同导电填料结合制备传感器以及微结构构建两个方面进行了详细阐述,最后指出了当前该领域存在的一些问题,并对其发展方向进行了展望。

基于单晶硅的压阻效应压力传感器低气压输出异常分析

某型号压阻式压力传感器在实际工程中出现低气压段输出偏高现象,结合该传感器的结构组成,建立导致该现象的故障树,依据故障树逐一进行排除,采用外观检查、绝缘电阻测试、替换可能的故障部件等方式,确定故障出现在压力芯体中;进一步对芯体进行分析,通过显微镜、手捻法等方式方法,确定硅油中存在气泡导致传感器低气压段输出偏高,并对气泡中压力与输入压力之间的3类关系进行分析,得到输入压力小于气泡内部压力时,低气压段输出偏高故障现象的失效机理,并通过在空气环境下封装压力芯体,复现了故障现象,并建议增加对压力芯体进行低温低气压筛选试验。

基于音效增强的压阻式传感器信号调理电路设计研究

压阻式传感器是一种高灵敏传感器,已广泛应用于很多领域。基于此,提出一种基于音效增强技术的压阻式传感器信号调理电路设计方法,系统研究音效增强技术在信号调理中的应用,并通过实验验证了设计的有效性。该方法为传感器信号处理提供一种新的解决方案,有效提高了数据的准确性和系统的可靠性。

高频响MEMS石墨烯压力传感器设计

为了满足在恶劣环境下爆炸冲击波压力的测量需求,提出了一种结构为上层“膜+凸柱”与下层“十字梁”的高频响MEMS石墨烯压力传感器。使用ANSYS workbench软件对该结构进行分析,结果表明,其频响为1.34 MHz,在满量程60 MPa情况下,十字梁根部位置处石墨烯的应变最高可达0.259%。最后,使用方块电阻计算方法对石墨烯电阻值进行预估。为高频响石墨烯压力传感器的设计提供了一定的可行性的结构方案。

一种MEMS压力传感器温度补偿方法

针对微机电系统(MEMS)压阻式压力传感器受环境温度影响产生温度漂移的问题,该文分析了常用的温度补偿方法,提出了一种基于粒子群优化-径向基函数(PSO-RBF)的压力传感器温度补偿模型,结合标定实验采集的样本数据,建立了标定压力同敏感元件输出电压和温度的非线性映射关系,实现了温度补偿效果。结果表明,与传统的最小二乘法、三次样条插值法、标准RBF、粒子群优化反向传输神经网络(PSO-BP)、核极限学习机(ELM)神经网络等方法相比,该算法具有更好的补偿预测效果,且对样本数据不需要归一化处理,具有良好的工程实践意义。

扩散硅压阻式压力传感器非线性误差纠正方法

针对扩散硅压阻式压力传感器非线性误差纠正易受到误差传递算法的影响,导致纠正后最大相对波动较高的问题,本文提出基于恢复函数的压力传感器非线性误差纠正方法。采集扩散硅压阻式压力传感器信号数据,去除噪音信号,以恢复函数为基础,设计传感器的非线性误差传递算法;利用支持向量机算法构建非线性误差校正模型,再通过遗传算法优化模型参数,实现误差的良好补偿。实验结果表明:本文所提出的纠正方法应用效果与文献相比,传感器的最大相对波动分别降低了13.53%与7.08%,具有更优的应用性能,值得推广。

固支结构对压阻式压力传感器的输出影响研究

针对MEMS压阻式压力传感器微型化发展过程中精度难以保证的问题,通过有限元仿真分析方法,研究固支结构、封装约束方法等变量对压力传感器输出的影响。结果表明,固支结构的引入会导致压敏电阻所处路径出现24.93%的应力偏差,不同封装方法会使路径上产生0.54%~2.42%的应力偏差。当固支结构宽度与压力敏感薄膜膜厚的比例大于3∶1时,压敏电阻所处位置应力积分均值稳定。结果表明,固支结构的约束方法、结构宽度均会对压力传感器的输出产生重要影响,合理设计固定约束结构可为压力传感器的微型化高性能设计提供保障。

基于MEMS谐振式气压传感器的数字高度计研制

基于一种高精度MEMS谐振式气压传感器研制了用于辅助导航高度通道定位的数字高度计,利用谐振式压力传感器采集大气静压,并进行气压高度转换。采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)+单片机(MCU)的硬件架构,通过等精度数字频率计和16位模/数(A/D)转换器测量气压传感器输出的频率信号和电压信号,并进行温度补偿;然后分析气压高度转换过程中的误差来源,通过对拟合的气压进行IIR数字滤波并且根据实际大气和温度条件进行原理误差补偿,提高了高度输出精度。实验结果表明:数字高度计的气压测量在整个工作温度范围内都具有良好的精度,满行程最大误差小于0.02%FS;实测气压高度转换的误差小于0.8 m,具有良好的工程应用价值。

高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器的研究

针对高端领域对高性能微小量程压力传感器的迫切需求,设计并实现了一种应用于电子血压计的高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器,并提出了相应的检测电路。根据小挠度弯曲理论设计了传感器方形敏感薄膜结构,确定了纳米硅薄膜压敏电阻的阻值大小和尺寸。采用ANSYS有限元分析(FEA)对所设计的传感器结构进行仿真,根据仿真结果确定了压敏电阻在膜片上的最佳放置位置。基于标准MEMS制造技术,在SOI基纳米硅薄膜上设计并实现了该压力传感器。实测结果表明,室温下,在0~40 kPa微压测量范围内所设计的传感器检测灵敏度可达0.45 mV/(kPa·V),非线性度达到0.108%F.S。在-40℃~125℃的工作温度范围内,温度稳定性好,零点温度漂移系数与灵敏度温度漂移系数分别为0.0047%F.S与0.089%F.S。所设计的压力传感器及其检测电路,在现代医疗、工业控制等领域具有较大的应用潜力。

基于纳米孔的宽量程石墨烯压力传感器

针对传统微机电系统(MEMS)压力传感器性能难以提升且结构复杂等问题,制备了一种基于纳米孔的宽量程石墨烯压力传感器结构。在Si_(3)N_(4)薄膜上刻蚀了阵列纳米孔作为压力腔,使用单层石墨烯夹在氮化硼薄膜间作为敏感结构,平铺于纳米孔阵列上,由金布线层导出信号。测试表明,在0~20 MPa压力范围内,该压力传感器的灵敏度为9.35×10^(-5) MPa^(-1),重复性误差为满量程输出(FSO)的5.70%,迟滞为1.91%FSO,线性度为2.43%FSO,其重复性与线性度良好且迟滞较小。设计的宽量程石墨烯压力传感器能够实现0~20 MPa以内的压力测量,且器件加工一致性高、测量误差小、制备方法相对简单,有助于降低生产成本和提高生产效率,在压力测试领域展现出良好的应用前景。

MEMS压阻式加速度传感器的优化设计

提出了一种新型的MEMS压阻式加速度传感器,该传感器采用"四悬臂梁-质量块"结构,16个压敏电阻完全对称布放于悬臂梁上应力变化的线性区,既提高了传感器的灵敏度,又降低了轴间耦合度和非线性度。通过与八悬臂梁结构的仿真对比,得出该传感器具有更高的抗横向耦合性,约为八悬臂梁结构的30倍。

MEMS正装传感器复合钝化层高温可靠性的研究

绝缘体上硅(SOI)所制备的压阻式正装压力传感器可在高温下良好工作,但高温环境下电阻条和金属引线长期暴露在环境中易受到氧化和腐蚀,对传感器的输出造成影响,使电学性能发生变化甚至失效,为避免这种情况,通常在表面进行钝化处理。文中采用SiO_(2)-Si_(3)N_(4)复合钝化层对SOI正装传感器芯片进行钝化,并且对钝化层进行高温老化考核,模拟高温和恶劣环境,验证其高温可靠性。实验结果表明:按照SiO_(2)厚度为200 nm、Si_(3)N_(4)厚度为300 nm的SiO_(2)-Si_(3)N_(4)复合钝化层能在350℃高温下对正装传感器进行有效保护且电学性能完好,满足芯片在高温下可靠性的要求。

一种低功耗MEMS压阻式传感器的动态测试系统

为了准确分析侵彻过载信号,提出了一种低功耗、高过载的动态测试系统,该系统可以承受2×10~5g过载信号,为了实现采样率高、低功耗、抗冲击的特点,系统采用硅晶振作为主振荡器,并选用低功耗CMOS芯片,当系统开始工作时,处理器进入深度休眠模式,当进入发射模式时开始对外围电路供电.当弹体发射信号时,采用滞回触发电路来触发启动采集系统开始采集.实验证明,采用此方案,延长了弹体生存周期,并能够精确采集到空气炮的过载信号.

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。

一种谐振式MEMS压力传感器单芯片级真空封装和低应力组装方法

为提高谐振式MEMS压力传感器的品质因数，且同时降低温度漂移，设计了一种传感器的单芯片级真空封装和低应力组装方法，选用非光敏苯并环丁烯（BCB）材料在真空加热、加压条件下实现PYREX7740玻璃空腔与传感器芯片的黏合键合，在可伐合金管座上加工出与传感器尺寸相匹配的方形空腔，实现传感器芯片的低应力组装．实验结果表明：传感器具有较高的品质因数（9455），检测范围为500—1100hPa，灵敏度为9．6Hz／，hPa，满量程最大非线性度为0．08％，-40℃-50℃内温度系数为0．9Hz／℃，温度总漂移为传感器满量程变化的1．3％，传感器在开机加电稳定后长时漂移为0．086％F．S．