SOI压阻式压力传感器敏感结构的优化设计

为提高SOI压阻式压力传感器的灵敏度,对传感器敏感结构的弹性膜片和压敏电阻的形状、尺寸等结构参数进行了优化设计。利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件对优化后的敏感结构进行了静力学仿真与分析,完成了敏感芯片的制备和加压测试,测试结果表明:优化后的传感器输出灵敏度为5.98 m V/(V·bar),较原结构输出灵敏度提高了1倍,非线性误差小于0.096%。

一种大量程SOI压阻式压力传感器（英文）

对传统的SOI压阻式压力传感器进行了结构优化。目的是提高灵敏度,以满足在高温环境下大量程压力测量的实际需求。通过力学性能模拟,采用浅凸台结构来提高灵敏度和测量范围。分析并模拟了凸台厚度和形状对灵敏度的影响。得到了适合高温工作的掺杂浓度,压敏电阻的尺寸,金属引线的材料和布局。电阻放置在(σl-σt)最大的区域以保持灵敏度和线性度。采用U形电阻补偿在浅凸台制作过程中的工艺偏差对灵敏度的影响。有限元分析(FEA)表明,优化后的芯片结构可以测量10 MPa范围内的压力,灵敏度高达86.6 m V/(V·MPa),非线性误差在0.1%以下。和其他文献报道的大量程压力传感器相比,浅凸台芯片结构灵敏度和过载能力优异。

大量程SOI压阻式压力传感器设计

文中设计了一种浅凸台结构的SOI压阻式压力传感器。这种膜片结构解决了由于压力量程扩展导致传感器的灵敏度和线性度无法同时满足使用要求的问题。考虑电阻的设计约束以及浅凸台制作过程中的光刻和刻蚀偏差,采用U型电阻保持高灵敏度和线性度。利用ANSYS软件模拟了膜片结构的力学性能,验证了理论分析的正确性;仿真优化了电阻的形状和位置,预估了传感器的性能。介绍了敏感单元的加工工艺。设计的传感器灵敏度为93.4μV/(V·k Pa),非线性误差小于0.22%,可实现对量程高达10 MPa压力的测量。

无引线封装的SOI压阻式压力传感器设计

在SOI晶圆材料的基础上,设计了压力敏感结构,提高了传感器的高温稳定性;采用敏感芯片背孔引线技术,将硅敏感芯片的正面和硼玻璃进行气密性阳极键合,通过在硼玻璃对应位置加工电极连接孔,实现芯片电极与外部管脚的电气连接,形成无引线封装结构;利用ANSYS软件对敏感芯片进行了力学仿真,对高温敏感芯体进行了热应力分析,完成了无引线封装结构的优化及制作。通过性能测试,该传感器测量范围为0~0.2 MPa,灵敏度为55.0 m V/MPa,非线性误差小于0.2%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

柔性可穿戴压阻式压力传感器研究进展

伴随着数字医疗与制造业的进步,灵活柔韧的柔性可穿戴设备可以和人体表面完全贴合,从而对人体运动及健康信号等进行监测,从而实现多种传感功能。柔性可穿戴设备具有灵活性、体积可变、生物适应性好等优点,但仍然存在灵敏度低、检测范围有限、易受外界环境的干扰、可靠性低等问题。在柔性可穿戴设备中,一个关键器件就是用于压力检测的柔性压力传感器。在今后几年柔性可穿戴压力传感器会更加注重新型结构传感器的探索和整体高性能传感器的构建。本文概述了近年来柔性压力传感器的研究进展,并就压力传感器种类、工作机理、设计原则及最新进展进行了说明。通过近年来的文献重点对压阻式压力传感器在材料及器件设计等方面进行归纳整理与总结,并对压阻式压力传感器主要应用领域做了简单介绍。从压阻式压力传感器的结构设计及今后应用的角度出发,概述了压阻式压力传感器的可靠性及未来面临的挑战。

硅压阻式压力敏感芯体应变电阻失效分析

通过对硅压阻式压力敏感芯体内部应变电阻失效故障的排查及定位分析,确立了应变电阻缺陷造成传感器失效机理,总结激发应变电阻缺陷暴露的检测方法,确定对压力敏感芯体进行1200 h常温电老炼的筛选方案。筛选试验结果表明:增加1200 h常温电老炼后,可剔除由于应变电阻缺陷造成敏感芯体输出漂移的失效元件。

小量程高灵敏度压阻式表压压力传感器的设计

针对飞机供氧、液压、环控和燃油等系统故障预测与健康管理(PHM)对小量程压力传感器的重大需求,设计了一种新型梁膜复合结构微电子机械系统(MEMS)压阻式压力传感器,该研究通过小量程、高灵敏度的压力传感器力学机理分析和力学仿真建模,提出一种具有弧形膜和米字梁复合型结构,采用弧形硅杯支撑,通过结构和尺寸的优化设计以及压敏电阻位置的确定,在-2~12 KPa的量程内具有较高的灵敏度和线性度。利用ANSYS软件仿真分析得到设计的压力传感器灵敏度为21.801 mV/KPa,非线性度为0.02%。然后基于MEMS加工工艺设计了SOI表压压力传感器的工艺流程。

SOI基底上制备的用于检测机器人手指接触力的微压阻式力传感器

为了使工业机器人可以稳定、高效地完成夹持任务,设计并制备了三种不同结构的微压阻式力传感器。利用热氧化、硼扩散掺杂、光刻、反应离子刻蚀、物理气相沉积和阳极键合等微电子机械系统(MEMS)加工工艺在绝缘体上硅(SOI)基底上制备出了尺寸均为2 mm×2 mm×0.5 mm的三种微压阻式力传感器。通过封装前后对三种传感器在z方向上的应力灵敏度测试,结果表明第二种传感器的灵敏度较佳,封装前可达0.18 mV/mN,封装后仍可达0.096 mV/mN,仅减少了0.084 mV/mN,仍具有良好的线性关系,输出特性的趋势与预计一致。同时,这三种不同结构的传感器各方向之间的串扰均小于5%,非线性小于满量程的3%。通过封装前后力传感器性能对比,为优化此类传感器设计提供了实验数据,为后续配置在机器人的指尖上实现高效、稳定的操作提供了参考。

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。