基于驱动电流的水下热敏剪应力微传感器灵敏度研究

驱动电流是热敏式剪应力微传感器的一个重要参数。增大驱动电流可以提高传感器的灵敏度,但传感器的安全工作温度又限制了驱动电流的增大。研究了如何基于驱动电流来最大程度地提高传感器灵敏度。从理论上分析了传感器灵敏度随剪应力输入的变化规律。通过静水中的I-V特性测试实验,确定了传感器在水下工作的最大允许驱动电流。通过电压—剪应力特性测试实验,验证了传感器灵敏度与驱动电流的关系,得到了传感器在最大允许驱动电流激励下的灵敏度。研究,发现最大允许驱动电流可以使传感器在剪应力为0.2Pa时的灵敏度达到23.8mV/Pa。     

微致动器用于翼面流场主动控制规律研究

面向主动流动控制研发了气泡型微致动器及其阵列技术和MEMS合成射流器技术．对气泡型微致动器参与下的飞行器翼面流场进行了数值模拟,并结合翼型开展了风洞实验,研究了气泡型微致动器对气动性能的影响规律．阐述了微型合成射流器及其微流场特性,研究了合成射流抑制失速、提高升力的机理．结果表明,在翼型上对微致动器进行合理布置,采用适当的控制参数,可以实现对翼面绕流的有益主动控制,达到增加升力、改善失速特性等目的．     

爆轰火焰在管道阻火器内的传播与淬熄特性

在水平封闭的直管中,采用自主研制的阻爆实验系统(包括传感器系统、配气系统、数据采集系统、点火系统等)对不同活性预混气体爆轰火焰在波纹管道阻火器内的传播与淬熄过程进行了实验研究。结果显示当可燃气体接近当量浓度时(丙烷4.2%、乙烯6.6%、氢气28.5%,均为体积分数),预混气体从点燃到火焰淬熄过程历时非常短,总体可分为4个阶段,缓慢燃烧阶段、快速燃烧阶段、加速燃烧阶段和超压振荡阶段。丙烷-空气、乙烯-空气预混气体在D=80 mm的管道阻火器中,爆炸压力峰值较高。当管道直径增加至400 mm时,爆炸压力峰值逐渐降低,其中乙烯-空气预混气体的爆炸压力峰值仅为3 MPa左右;氢气-空气预混气体的爆炸压力峰值随管径的增加呈递增趋势。对爆轰速度的研究结果表明,丙烷-空气、乙烯-空气预混气体爆轰速度数值相差不大,丙烷-空气预混气体甚至稍高些;而氢气-空气的爆轰速度数值较高。而且随着管径的增加,管壁热损失增大及其阻力因素等原因影响使预混气体爆轰速度趋向平稳。最后,从经典传热学理论出发,推导出了阻火单元厚度与爆轰火焰速度之间的关系。并结合实验数据,提出了爆轰安全阻火速度的计算方法,为工业装置阻火器的设计和选型提供更为准确的参考依据。     

一种高指向性MEMS声矢量传感器结构设计与分析

设计了一种高指向性微机电系统(MEMS)声矢量传感器,结构采用了硅-玻璃(SOG)工艺,增大流体间隙,减小振动阻尼,并利用ANSYS软件分析了流体间隙对指向性的影响,以验证结构的高指向性.结果表明,在流体间隙从5 μm增大到30 μm时,振动振幅增大30倍,相位差最高增大126°,当入射角度变化量为80°时,相位差变化量增大了40°,传感器指向性得到了显著提高.此种设计有助于促进声矢量传感器的发展.     

Pyrex 7740玻璃深刻蚀掩模研究

玻璃湿法深刻蚀掩模常采用低压化学气相沉积(LPCVD)多晶硅、Cr/Au金属层+光刻胶等,但往往会在玻璃中引入应力,影响后期应用(如阳极键合),而且Cr/Au金属层价格昂贵。为避免以上缺点,引入了SX AR—PC 5000/40保护胶+WBR2075干膜作为玻璃的刻蚀掩模,在HF︰NH4F,HF︰HCl,HF︰HCl︰NH4F刻蚀溶液中进行了大量实验。实验结果表明:SX AR—PC 5000/40抗腐蚀能力强,且成功实现了对Pyrex 7740玻璃131μm的深刻蚀。整个工艺过程与IC工艺兼容,可以进行圆片级批量加工。实验结果对圆片级封装和其他MEMS器件的制作有一定参考作用。     

聚酰亚胺微刻蚀加工工艺研究

研究了RIE刻蚀聚酰亚胺的刻蚀速率、刻蚀表面粗糙度与不同加工工艺参数(包括射频功率、腔室压力、刻蚀气体成分等)之间的相互关系。刻蚀速率与射频功率、腔室压力都呈线性关系,与气体成分的关系是低SF6含量时呈线性,高SF6含量时出现饱和。刻蚀面的粗糙度几乎不受腔室压力的影响,而射频功率高于300 W和低SF6含量时粗糙度会急剧上升。采用腔室压力40 Pa、功率275 W、O2流量80 cm3/min、SF6流量20 cm3/min,通过RIE刻蚀获得了深度为39.5μm的微腔结构,为形成柔性基底空腔以及上悬结构等提供了技术基础。此外,对柔性基底固定技术进行了研究,提出了一种有效固定聚酰亚胺膜的新工艺方法。     

微机械器件形状与尺寸的图像测量研究

采用面阵CCD作为图像传感器,结合微机械器件结构尺寸的测量特点,建立非接触式无损图像测量系统,并给出了典型平面几何尺寸的测量原理和算法.试验结果表明系统具有良好的稳定性和较高的精度.     

基于柔性热膜传感器的流体壁面剪应力测量系统

为实现流体壁面剪应力在线测量,设计了一种基于柔性热膜传感器的流体壁面剪应力测量系统.通过分析柔性热膜传感器作用机理,研发了基于LTZ1000电压基准的高精度恒流驱动电路,开发了基于DSP2812,AD7609的18位真差分同步高速数据采集模块,并通过温度补偿方法对传感器输出信号进行了环境温漂修正.系统性能测试表明:当流场温度在10 ～30℃范围变化时,剪应力测量分辨率在0～10 Pa范围内优于0.2Pa,流体温度变化引起的系统输出信号偏差为0.6％/℃,满足实际流体壁面剪应力测量要求.     

用于边界层分离点检测的微型压力传感器阵列研究

基于边界层流动与分离的特性,探讨了根据表面压力分布变化,检测物体表面边界层分离点的测量方法.根据边界层分离点测量的特点,给出了一种基于柔性衬底的微型压力传感器阵列的结构设计,并对背引线技术进行了初步研究.设计的微型压力传感器阵列可有效满足边界层分离点的检测要求,进一步拓展了MEMS器件的工程应用范围.     

压阻式微型压力传感器敏感结构设计

在设计某一压阻式压力传感器特定敏感结构的过程中,对出现的技术难题进行了研究。文中的第2部分设计了弹性膜片的典型结构;第3部分设计了压敏电阻的尺寸以及阻值;第4部分使用ANSYS软件分析了弹性膜片在不同压力作用下的应力、应变分布,确定了压敏电阻在弹性膜片上的最佳分布位置。分析结果表明:压敏电阻距离弹性膜片边缘越近,灵敏度越高。同时计算了不同外界压力载荷和不同位置条件下压敏电阻的电压输出变化情况,提取了敏感膜片的固有频率和响应时间。文中响应时间曲线表明:所设计的微型压阻式压力传感器响应速度快,稳定时间仅为1.0×10~(-5)s。