全SiC结构高温压力传感器制备及测试

面向极端条件下原位压力测量技术的需求,设计了一种光纤法珀式碳化硅（SiC）高温压力传感器。采用全SiC真空法珀（F-P）腔结构,以最大限度发挥SiC材料优异的耐高温特性。通过用反应离子刻蚀和高温高压键合技术成功制备了全SiC式高温压力传感器,实现高温环境下的原位压力测量。实验结果表明,该传感器能够实现650℃高温环境下6 MPa的压力测量。650℃下传感器的光谱压力灵敏度达到4.05 nm/MPa,温度压力交叉灵敏度为1.09×10^-3MPa/℃。研究成果为面向高温环境下压力原位测量的传感器开发提供了思路。     

4H-SiC无线无源高温压力传感器设计

高温压力传感器研制的主要目的是解决高温恶劣环境下的压力测量问题,SiC是制造高温压力传感器的理想材料,结合薄膜技术与陶瓷厚膜技术,提出了一种新型的4H-SiC无线无源电容式高温压力传感器设计方案。应用Ansys有限元分析软件进行仿真,600℃时灵敏度为2.65 MHz/bar,说明传感器在高温下具有较高的灵敏度,对制备过程中的关键工艺——SiC深刻蚀进行了验证,刻蚀深度达到124μm,满足传感器制备要求。     

高温大压力传感器研究现状与发展趋势

高温环境下大量程压力测量技术在工业、航空航天、石油勘探等领域具有广阔的应用前景。高温大压力传感器是目前研究的热点。对目前几种常用的高温大压力传感器包括多晶硅高温压力传感器、单晶硅（SOI）压力传感器、硅 蓝宝石（SOS）高温压力传感器、SiC高温压力传感器、光纤高温压力传感器的工作原理、国内外研究现状以及应用特点进行了阐述。最后,对高温大压力传感技术未来的发展趋势进行了展望。     

一种SiC高温温度传感器

理论表明,当流过SiC肖特基势垒二极管的正向电流恒定时,在一定温度范围内,器件两端的正向压降与温度变化之间存在线性关系。利用此特性,可以制造SiC高温温度传感器。阐述了SiC高温温度传感器的工作原理、结构特点和工艺过程,介绍了传感器系统的结构。系统的测温范围在0～500℃,测量准确度可达0.5℃。     

SiC高温高量程MEMS加速度传感器的仿真与分析

加速度传感器材料的特性对传感器的性能影响很大,SiC作为新一代半导体材料具有优良的力学温度特性,适用于高温、高过载加速度传感器.基于SiC提出了一种可用于高温、高过载环境的加速度传感器设计方案.根据悬臂梁的相关力学理论知识,对传感器结构、尺寸进行了设计,并利用ANSYS有限元仿真软件对SiC材料传感器敏感结构进行模态分析、静力学分析、热分析.仿真结果表明,6H-SiC材料表现出了比Si材料更优异的抗高温、抗过载特性,为应用于高量程、高温环境下的加速度传感器研究提供了可靠的理论基础.     

一种新型单晶硅SO I 高温压力传感器

单晶硅 SOI高温压力传感器是一种新型高性能高温压力传感器。它与扩散硅压力传感器相比有较高的工作温度 ,与多晶硅高温压力传感器相比有更高的工作灵敏度。这主要得益于它采用了单晶硅膜的 SOI结构。本文给出了这种压力传感器的工艺生产过程 ,并相对深入地讨论了各向异性腐蚀硅杯和静电封接这两道工序。介绍了此种压力传感器的工作原理。最后给出了测试结果及结论。     

SOI高温压力传感器的研究

介绍了SOI压力传感器的制作工艺,并且通过有限元软件对传感器输出特性进行模拟,模拟结果与实际测得结果是相符的.对SOI压力传感器测量结果表明,当温度增加到220℃传感器仍然能保持很好线性.另外对SOI压力传感器和多晶硅压力传感器进行比较,发现单晶硅SOI高温压力传感器灵敏度比多晶硅高温压力传感器灵敏度有较大提高.     

基于模型识别技术的高温微型压力传感器

高温压力传感器应用在很多领域,由于高温将使放大电路工作失效,因而采用将放大电路与传感器件分离的设计方案是解决高温测量的方法之一。介绍一种将放大电路与传感器件分离的基于模型识别技术的微型电容式压力传感器。传感器件由MEMS工艺来实现,信号激励与信号处理由计算机来完成。对电路的工作过程进行了计算机仿真和试验,并给出了微型高温压力传感器的MEMS工艺设计流程。     

高温光纤压力传感器

本文介绍利用压力敏感膜片调制光强的非功能型高温光纤压力传感器。详细介绍了传感器的结构、工作原理、工作模式的选择以及信号检测电路。最后提供了传感器在航空发动机和压缩机动态压力测试中的测试结果。     

微型高温压力传感器芯片设计分析与优化

基于弹性力学和板壳力学理论,分析了微型高温压力传感器圆形膜片的受力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;利用有限元分析方法,借助ANSYS仿真软件,对微型高温压力传感器应变膜进行了一系列的分析和计算机模拟,探讨了传感器圆形应变膜简化应力模型的合理性以及温度对应力差分布的影响,得到了直观可靠的结果,为微型高温压力传感器芯片设计和研发新颖的微型高温压力传感器芯片提供有力的依据.     

Preliminary evaluation of the influence of the temperature on the performance of a piezoresistive pressure sensor based on a-SiC film

In order to evaluate the potential of amorphous silicon carbide (a-SiC) films for piezoresistive sensors applications, a pressure sensor has been developed based on this material. The deposition conditions and properties of a-SiC films deposited on thermally oxidized (100) Si substrates by two techniques enhanced by plasma, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) and RF magnetron sputtering, are briefly described and compared. Among the SiC films produced, we choose the nitrogen-doped PECVD SiC film to fabricate the piezoresistors of the sensor. The structure of the sensor consists of six a-SiC piezoresistors, configured in Wheatstone bridge, on a SiO₂/Si square diaphragm. The sensor was tested for applied pressure ranging from 0 to 12 psi and supply voltage of 12 V. A preliminary study of the influence of the temperature on the performance of the sensor was performed by experimental measurements and theoretical investigations.     

Effect of trimethylsilane flow rate on the growth of SiC thin-films for fiber-optic temperature sensors

We have investigated the effect of trimethylsilane ([(CH/sub 3/)/sub 3/SiH] or 3MS) flow rate on the growth of SiC thin-film on single-crystal sapphire substrate for fiber-optic temperature sensor. The SiC film thickness was in the range of 2-3 /spl mu/m. The variation of the 3MS flow rate affected the structural properties of the SiC films. This, in turn, changed the optical properties and temperature sensing performance of the sensors. Optical reflection from the SiC thin-film Fabry-Pe/spl acute/rot interferometers showed one-way phase shifts in resonant minima on all measured samples. Linear fits to the resonant minima (at 660 to 710 nm) versus temperature provide the corresponding thermal expansion coefficient, /spl kappa//sub /spl phi//, of 1.7-1.9/spl times/10/sup -5///spl deg/C. With the optimized 3MS flow rate, the SiC temperature sensor exhibits a temperature accuracy of /spl plusmn/2.8/spl deg/C from 22 to 540/spl deg/C. The short-term SiC sensor stability at 532/spl deg/C for two weeks shows a very small standard deviation of 0.97/spl deg/C.     

E型碳化硅压力传感器的优化设计

描述了一种性能优越的SiC压力传感器的理论和仿真运用基于小扰度的解析模型计算出了这种传感器的应变分布.根据应变分布规律优化设计了传感器的力敏电阻.利用ANSYS软件分析了该传感器的一些重要特性.与传统的传感器(圆膜传感器)相比,量程为500 kPa的该传感器表现出优异的灵敏度(24.8 μV/V.kPa)和非线性度小于0.08%.仿真结果与测量结果基本一致.     

单片式压电谐振型石英压力-温度传感器设计

提出了一种采用石英力敏谐振器(QFSR)-石英热敏谐振器(QTSR)的单片式压电谐振型石英压力-温度传感器(QPTS),设计了单片式QPTS结构、石英压力传感器的无应力封接方案以及新型压力-伸缩力变换器.单片式QPTS由QFSR和QTSR构成,均采用AT切型,厚度切变模式工作,不同的是QTSR的长边取向与石英X轴的夹角为60°.无应力封接方案使用石英、单晶硅、非晶态SiC、硼硅酸盐玻璃和柯伐合金的组合,并且利用石英化学刻蚀和物理修饰技术以及半导体的新工艺使QFSR和QTSR改性.其中,非晶态SiC层的制作是为了实现应力的缓冲:虽然硅和石英材料的热膨胀系数不匹配,可是二者之间的非晶态SiC层却能够良好地吸收其热应力,成为无应力结构.     

火箭橇用气动压力传感器在模拟试验温度下的标定方法

针对超声速火箭橇试验中被试品表面压力场分布的高精度测试需求,考虑到气动压力传感器受温度影响较大,存在明显的基线温度漂移和线性温度漂移,提出一种基于高低温试验箱的气动压力传感器温度响应特性标定方法。基于温度对压力传感器响应特性影响分析,将压力传感器在模拟试验温度环境下进行标定,建立了算法并进行了试验验证。试验结果表明,该方法能准确地反映压力传感器灵敏度系数随温度的变化关系,通过修正数据处理算法,显著提高了测试精度。     

具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器

阐述了具有温度补偿结构的膜片型光纤光栅温度压力传感器。传感器以弹性膜片为感压元件,在压力作用下产生轴向位移来压缩压力敏感光栅以实现压力传感;通过结构温度补偿消除压力敏感光栅的温度漂移,同时串入感温光栅进行实时修正并实现温度测量。对传感器的压力和温度特性进行了测量。试验结果表明:压力灵敏度为528 pm/MPa,温度灵敏度为8 pm/℃。     

基于LS-SVR的压力传感器温度自补偿策略

硅压阻式压力传感器在实际使用过程中受环境温度影响易发生温度漂移,同时传感器本身又存在一定的非线性,这使得传感器测量精度大幅度降低.针对传统的温度补偿方法中需引入温度传感器的情况,提出一种基于最小二乘支持向量回归(LS-SVR)的压力传感器温度自补偿策略,通过定义并测量传感器桥路自身参数获取温度信息实现温度补偿,而无需配置额外的温度传感器.通过粒子群算法和交叉验证对LS-SVR的参数进行了优化.实验结果表明:这种利用传感器自身桥路进行温度补偿的方法能够有效地消除压力传感器的温度漂移.补偿后测量精度达到0.1%FS.     

基于分段融合的压阻式传感器温度补偿方法

针对硅压阻式压力传感器在工程应用中受环境温度和压力的影响产生漂移,影响测量精度等问题.提出一种基于粒子群优化RBF神经网络与最小二乘法融合的温度补偿模型.使用粒子群算法对常规RBF神经网络的权值和阙值进行优化,提高神经网络的泛化性能和训练效率,增强传感器非线性段温度补偿的效果;使用最小二乘法对线性段进行温度补偿,提高整体模型的补偿效率.以飞思卡尔24 PC型压力传感器进行补偿实验,结果表明:对比优化前的神经网络和最小二乘方法,利用本文方法进行温度补偿,耗时短,总体误差低于其他两种方法.传感器在整个温度区间和压力测试点下的输出基本不受影响,补偿效果明显,数据精度符合课题实验的要求.