基于MEMS技术的气动式红外探测器的计算机模拟

提出了一种可工作于室温环境下、基于MEMS技术的气动式红外探测器,它由束缚于微型腔体内、对特定波段的红外辐射具有吸收作用的气体介质构成.通过气体介质热膨胀引起的弹性薄膜形变,可获得包含红外辐射源信息的信号.建立了符合器件工作机制的物理模型,并通过有限元模型和流体-热-结构耦合模拟获得了微型腔体内气体介质的温度、速度场分布以及弹性薄膜的形变.     

非共振光声红外气体传感器结构参量分析

非共振光声红外气体传感器在气体检测领域有很好的应用前景。对基于MEMS红外光源的非共振光声红外气体传感器进行了一维模拟,分析了光声腔及红外吸收光路结构对传感器性能的影响;计算了吸收腔气体压强变化量与吸收腔长度及调制频率的关系,研究了光路内壁反射率、样品气室长度对样品气体红外吸收效率的影响。简化的理论分析和计算结果,可以为非共振光声红外气体传感器的结构设计提供参考。     

新型非毒化红外瓦斯传感检测系统研究

提出一种基于非色散性红外检测技术的非毒化红外瓦斯传感器检测系统.它利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在的确定关系,通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作.详细介绍了非色散性红外吸收气体检测原理,分析了脉动光源与热电探测器信号及热电探测器信号与气体浓度之间的关系,给出了瓦斯浓度的实用测量算法及传感器检测系统的软硬件设计方案.实测结果表明,该传感器检测系统具有标定周期长、测量精度高、不受其他气体影响和不会产生催化中毒等特点,其各项性能指标均已达到实际应用要求.     

新型室温工作微机械红外探测器

提出一种基于特殊红外吸收机理和先进微机械加工技术实现的新型室温工作红外探测器.利用在特定波段对红外辐射有强烈吸收的气体作为吸收红外辐射的媒质,采用微机械加工方法制作带有弹性敏感薄膜的微气室和微电容检测结构将吸收的红外辐射能量转换为弹性薄膜的机械形变引起电容变化并通过电学方法检测,从而实现灵敏而快速的室温红外探测器件,尤其在8～14μm有良好的应用前景.     

最新发明专利信息

气体组分在线检测系统 G01N 21/35 CN1049227A 北京新开通用试验厂 1989.08.01 该系统是利用各种气体组分都有自己的特征红外吸收谱线的原理设计的。它采用在气体流通路径两侧安装有只接收特征谱线的红外探测器和红外光源。红外光源对气体照射后,通过探测器测得的信号送入控制计算机进行处理,从而得到结果。该系统用于石油勘探钻井时对泥浆中携带出的气体组分进行连续的在线检测,也可用于其他需要对气体组分进行连续在线检测的地方。     

一种基于MEMS技术的轻小型爆炸物探测器研究

提出了一种基于MEMS技术的爆炸物探测器的检测原理及其制作方法,并研制出该探测器样机.对两种常见固态爆炸物梯恩梯(TNT)和黑索金的探测实验表明,它能够检测出微克量级的爆炸物微粒,检测极限约为1μg.该探测器较适用于对大宗可疑物品进行微克至毫克量级采样后的快速检测.     

一种可直接脉冲调制的MEMS红外激发源

针对红外气体探测器对光源的要求,结合现有MEMS(微机电系统)工艺及与其兼容的IC工艺,研制了一种可用于红外多气体传感器的脉冲式MEMS辐射光源。该光源主要有Si₃N₄/SiO₂的复合支撑层和铂金发热电极组成,可以产生相当于黑体300~800 K的红外辐射,在温度T＝1 106 K时有λ=2.62 μm峰值辐射波长;并且光源有足够强的辐射强度和2~15 μm红外辐射波段,能够满足大部分气体在2~14 μm波长范围内特征的吸收谱线的要求。经过对辐射元的动态测量可知,辐射源的动态调制频率可达到50 Hz,完全能够满足气体测量对所需红外光源调制频率的要求。     

吸收光谱型气体红外传感器的设计与实现

对一种吸收光谱型气体红外传感器的工作原理、设计原理和集成化设计进行了分析.其中气体浓度对光谱的吸收会影响光强的变化,所以将微型热释电红外敏感头、小型灯泡都集成在1个小型的气室中,气室中有2个通道,气体探测通道和参考通道.2个通道光强的强弱差就会体现出气体浓度的大小,这样就实现了测试气体浓度的功能.集成化采用MEMS工艺将红外双路敏感元件及滤光片制作成探测头,然后通过微封装和微小集成技术将探测头、红外光源、过滤网集成在气室内.     

薄膜热敏电阻热辐射器及其对工业HC/CO分析仪的促进

利用真空蒸发技术制得的薄膜热敏电阻热辐射器,已用在汽车工业的红外吸收HC/CO气体分析仪上。作为一种探测器,热敏电阻热辐射探测器的特点是:能检测接收面积很小的光、结构紧凑坚固、波长灵敏度平坦(可用于长的波区)。以前作探测器的电容微音器和光导元件都没有这些特点。本文讨论一种新的HC/CO气体分析仪、热敏电阻热辐射仪的制造方法和它的特点。     

晶圆级热电堆探测器测试技术的研究

MEMS热电堆红外探测器在消费电子、医疗保健、智能家居、工业等领域的应用越来越广泛,其需求量也日益增加。因此如何降低器件的生产成本争取市场份额便成了器件生产商最关心问题。当前MEMS热电堆红外探测器的测试成本占据了其总成本的一半以上。由于目前测试技术及设备的限制,其测试基本都是由人工逐一完成,从而限制了其成本。针对这一产业需求,研制一种热电堆探测器的批量化自动测试系统具有明确的市场价值。围绕热电堆红外探测器的工作特性,特别是环境温度及激励温度对器件工作的影响,构建了一套针对晶圆级红外热电堆探测器特殊测试需求的批量化测试系统。     

Research on an on-line wear condition monitoring system for marine diesel engine

This paper introduces a kind of on-line wear condition monitoring system for marine diesel engines. The system consists of three functions i.e. particle detecting, lubricant quality detecting and shaft torque moment and instantaneous rotation velocity detecting. The system detects wear particles in lubricant with an on-line ferrograph so as to judge wear condition of tribo-pairs of the diesel engine. A vertical detector fixed is used for environment of the marine diesel engine in this system, and the rule of distribution of particles in the vertical detector fixed and the horizontal detector fixed are alike in substance. The system detects the relative variation of lubricant quality by the grid capacitance sensors in an on-line way, which consists of an upper capacitance and a lower capacitance and can distinguish the relative variation of the dielectric constant of lubricant caused by pollutants such as water, metal particles etc. The system detects the shaft torque moment and the instantaneous rotation velocity of the diesel engine with photoelectric sensors, and corresponds the wear condition with the power condition by the change of instantaneous rotation velocity due to burning pressure change, which is helpful to judge cylinder wear.     

非破坏性水分测量仪的设计

非破坏性水分快速、准确的测量是粮食工业中需要解决的关键技术。为了实现粮食检测过程中的统一化和标准化,用于现场的非破坏性水分快速测量仪的设计是十分必要的。文中在研究电容传感器结构的基础上,分析了非破坏性水分测量的原理,提出一种基于电容传感器的谷物水分测量的设计方法,给出适合该种传感器的检测电路和水分测量仪系统组成。实践表明,此设计方法具有较高的准确性和应用推广价值。     

电容式微机械陀螺调理电路

电容式微机械陀螺的驱动电压比敏感信号大4个数量级以上,而且敏感电容很小,敏感电容与驱动电容之间的杂散耦合电容往往只比敏感电容小2个数量级,因此产生驱动电压严重干扰敏感信号问题。电容式微陀螺有2个振动自由度,2个振动自由度的机械耦合也严重干扰敏感信号。本文提出一种调理电路方案,该方案利用电容式微陀螺振动的惯性,对其进行不连续驱动,在敏感信号达到最大值时进行积分采样,并且在采样时关闭驱动电压的方法,有效地减少了干扰。在往复运动的固定相位点进行信号采样,也有利于减缓机械耦合干扰,此方法比常规连续波相敏检测的方法的信噪比有了明显的改善。     

偏置电压极性对差分电容微传感器可靠工作条件的影响分析

为了测得电容式传感器的电容变化,一般需要有直流偏置电压的交流驱动信号加到传感器上,然而驱动信号产生的静电力会干扰传感器的测量和可靠工作条件。文中分析差分电容传感器受到阶跃加速度信号作用时,不同偏置电压极性对可靠工作条件的影响,得到不同偏置电压极性下传感器的临界阶跃加速度与随测试信号电压和反馈系数的关系表达式及其变化曲线。结果表明若偏置电压极性为正-正或正-负配置,其电子机械反馈本质上是负反馈,且偏置电压极性-负或负-正配置,其电子机械反馈本质上是正反馈,偏置电压极性为负-正配置时,其抗阶跃加速度冲击的能力最低。     

Design of a Weak Signal Detecting Circuit in the Infrared Spectrum Absorbed Type Gas Sensor

In the infrared spectrum absorbed type gas concentration sensor,voltage signal obtained from the two-channel thermopile infrared detector TPS2534 is very weak.In order to solve this problem,the authors have established the structure of the sensor and designed weak signal detecting circuit of the sensor based on infrared spectrum absorption principle,differential de-noising principle and weak signal detecting principle.The authors have made experiments using CH4 gas.The results show that the circuit can remove noise effectively and detect weak electrical signal obtained from the detector.     

力反馈微加速度计的准静态和阶跃响应模型

对于微机械电容式加速度计,为了检测微小电容变化,必须引入交直流电压驱动信号,然而该静电力的存在显著影响传感器的最大可靠工作范围。对准静态惯性信号和阶跃惯性信号,深入研究了力反馈加速度计的可靠工作范围,建立了不同偏压配置的驱动信号对引起吸合失效的临界加速度信号的影响模型。研究结果表明静电力对阶跃信号的影响要比准静态信号大,动态工作条件下所能承受的最大阶跃加速度信号比准静态信号要小一个数量因子。对于双边驱动的力反馈加速度计,正正偏压配置或正负偏压配置可以最大程度地减小驱动信号引起的传感器吸合失效,从而增大可靠工作范围;而负负偏压配置或负正偏压配置增大了驱动信号效应,从而大大减小了可靠工作范围。     

新型运载火箭中电容式液位传感器接口专用集成电路

为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能,设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先,完成了整体电路的系统级设计,实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测,将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后,对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后,采用0.5μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片,并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示,芯片电容检测非线性为0.005%,输出噪声密度3.7aF/Hz~(1/2)(待测电容40pF),电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40pF,待测电容40pF,1σ,1h),输出零位温度系数4.5μV/℃。测试结果证明,该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准,可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。     

碳纳米管压阻微悬臂梁红外热探测器的研究

研究了压阻复合层微机械悬臂梁红外探测器的热挠曲理论模型。利用IC工艺和微机械加工技术设计制作了一种硅/铝/碳纳米管三层微机械悬臂梁红外探测器,该探测器基于硅和铝两种材料热膨胀系数的差异,存在双物质效应,不同温度下梁的挠度不同,其形变可通过梁根部的压敏电桥检测。为提高探测器的红外吸收特性,实验探索出了在微机械悬臂梁上涂敷碳纳米管吸热层的工艺方法。实验研究了具有碳纳米管薄膜吸热层的三层微机械悬臂梁红外热探测器对红外辐射的响应规律,结果表明涂敷碳纳米管吸热层使响应灵敏度提高近一倍。     

一种新型电容式空隙率传感器仿真研究

该文提出了一种侵入式多环套状结构电极的电容传感器,并研究它对气液两相流空隙率测量的可行性。通过建立多环套状电容传感器装置的有限元仿真数学模型,运用ANSYS软件对电容传感器有限元模型进行了二维静电场仿真。其分析了极板间的电位分布,计算不同相分布下传感器的电容及变化量,分析空隙率的设定值与仿真值对比结果,并以层流和环流为例比较并分析传感器的灵敏度以及受流型的影响。仿真结果表明,多环套状电极结构电容传感器可运用于两相流的空隙率测量技术上,为多环套状电极结构电容传感器的设计提供了部分理论依据。     

A novel capacitive system for the concentration measurement of pneumatically conveyed pulverized fuel at power stations

A novel capacitive system for the concentration measurement of gas–solid flow in pneumatically conveyed pulverized fuel at power stations has been developed. The capacitance sensor for measuring the concentration uses source-grid sensing electrodes. An active sensor and a dummy sensor are used to form a differential configuration. In order to eliminate baseline drift, to be immune to stray capacitance, and to ensure accurate measurement under very low solids/air mass flux ratio conditions, a correlated double sample (CDS) technique and lock-in detector with closed loop are used in the interface circuit. A laboratory scale pneumatically conveyed pulverized fuel loop system incorporating facilities for calibration has been fabricated for this purpose. The test section is a vertical ceramic tube of diameter 100 mm with an upward flow direction and pulverized fuel has been used as the solid phase. Results demonstrate that the system is capable of achieving linearity within ±5% at different temperatures or moisture content.