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。     

采用高分子材料的湿度传感器

采用高分子材料的湿度传感器 ,按其工作原理大体上可以分为以下几种类型。 1采用电阻型高分子电解质材料制成的湿度传感器电阻型高分子电解质材料的吸水性很强 ,它吸附水分以后 ,会导致阳离子和阴离子电离 ,使膜内的可动离子增多 ,从而使比电阻大大下降。因此 ,电阻型高分子电解质湿度传感器就是利用离子传导致电阻的变化来进行测湿的。目前 ,使用的这类材料主要有“过氯酸锂——聚氧化乙烯、双甲基乙烯基硅烷与溴代甲烷等离子聚合膜、4—甲基硅烷等离子聚合膜、聚苯乙烯磺酸盐等。2采用电容型高分子介质材料制成的湿度传感器电容型高分子介…     

基于GA-WNN的电涡流传感器的温度补偿

针对电涡流传感器的温度漂移对其测量精度带来较大影响的问题,提出了基于遗传优化小波神经网络(GA-WNN)算法对电涡流传感器进行温度补偿修正模型。通过对电涡流传感器做标定实验,并且利用LM35温度传感器监测其工作温度,建立GA-WNN神经网络模型。该模型用遗传算法对小波神经网络的权、阈值进行全局的优化,改善了小波神经网络训练速度慢的问题,克服了易陷入局部最优的缺陷。研究结果表明,补偿后的灵敏度温度系数由8.69×10^-3/℃提升到3.48×10^-4/℃;零位温度系数由4. 78×10^-3/℃提升到1.85×10^-4/℃,均提高了一个数量级,成功实现了温度补偿的目的。     

基于钯纳米颗粒导电沟道的室温型氢气传感器的研究

随着氢能的广泛应用,检测氢气(H₂)泄漏十分必要。采用溶剂热法合成钯(Pd)纳米颗粒,结合旋涂法从极大程度上简化了覆盖敏感层工艺,在利用微机电系统(MEMS)工艺制备的硅基金(Au)叉指电极上研究了基于“氢致Pd晶格膨胀效应(HILE)”的裂结式H₂传感器的敏感特性,为低成本批量化制备室温型氢气传感器提供了可行性研究。结果表明该传感器对H₂的响应值与Pd纳米颗粒在基底上的覆盖率密切相关：覆盖率在一定范围内越大,响应值越小。在室温下,该类传感器对500×10^-6～2 500×10^-6H₂表现出了较快的响应速度：响应时间在5 s左右,恢复时间在25 s左右,具有较高的响应值：在2 500×10^-6H₂气氛下高达83%,有较好的选择性和稳定性。     

基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO₂/Al₂O₃热阻层、顶层Al₂O₃保护层组成,底层SiO₂/Al₂O₃热阻层位于Al₂O₃陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0～110 kW/m²的热流和1 000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10^-6 V/(kW/m²),实...     

湿度传感器的新进展

一、攻关中心:提高稳定性与可靠性近两年来,国内国外,在湿度传感器的应用方面,因受传感器的长期稳定性差和可靠性低的制约而无明显进展;但在湿度传感器的研究方面恰有长足进步,出现了可喜的势头。由于长期稳定性、可靠性是多年来阻碍湿度传感器实际应用和进一步发展的主要障碍,因此国内外的研究工作主要围绕这一主题而展开,即:研究各类湿度传感器的漂移机理、改善和提高湿度传感器的稳定性和可靠性、寻求新的高精度、高可靠、长寿命湿度传感器及相应的湿敏材料。二、高分子薄膜电容型湿度传感器的漂移机理高分子薄膜电容型湿度传感器自问世以来,素以响应快、温度系数小、中低湿区响应     

陶瓷传感器的现状与发展趋势

4.湿度传感器多孔陶瓷湿敏元件的测湿范围宽(1～100%RH)、工作温区宽(1～400℃)、响应时间短(5～30s),因而成为主要的湿度传感器.按导电机制分有离子型、电子型和介电型[50],按温度分有常温类和高温类,还有相对湿度类和绝对湿度类之分.本文则按材料的结构类型,分述尖晶石型、钙钛矿型和其它结构多孔陶瓷.     

电容式湿度传感器“输出限幅”的机理探讨

介绍了高分子电容式湿度传感器“输出限幅”现象出现的三种情况 :在特定的振动环境条件下、在湿敏元件失效前期时、在高湿环境条件下。从电路、湿敏元件、使用条件等方面进行机理分析 ,给出了试验结果。     

高空湿度探测用加热式湿度传感器的研制

为实现高空高湿环境下对湿度的准确测量,本文设计和研究了集成加热功能的湿度传感器,在探空仪进行高空湿度探过程中利用两只加热式湿度传感器进行轮流加热除湿和湿度测量。通过对聚酰亚胺湿敏材料进行改性和合成,设计和制作了加热式的电容型湿度传感器,其灵敏度为0.2195 pF/%RH、响应时间小于1 s、湿滞为4.8%RH、半年漂移量在±0.3%RH以内。通过分析不同温度下的加热恢复时间,制定了加热式湿度传感器轮流工作的机制,轮流加热时间和周期分别为2s和120 s。并利用数据采集电路以及GPS探空仪对加热式湿度传感器进行了地面静态性能和高空动态性能测试,其高空湿度探测结果与VA SALA RS92的显示出较好的一致性和较低的湿度误差。本文研制的加热式湿度传感器能具有良好的地面性能,实现了交替加热除湿和湿度测量的功能,具有高空湿度探测的应用潜力。     

MEMS电容式湿度传感器后处理工艺研究

利用标准CMOS工艺结合MEMS后处理制得一种梳齿状结构的电容型湿度传感器.这种湿度传感器采用聚酰亚胺(PI)作为感湿介质.实验研究了聚酰亚胺薄膜的厚度和固化条件对湿度传感器敏感性能的影响,结果显示:聚酰亚胺薄膜厚度为2.4μm,采用阶梯升温加热法,并以250℃作为最高固化温度时,测量结果表明该湿度传感器具有优异的敏感...     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

An Improved Performance Poly-Si Pirani Vacuum Gauge Using Heat-Distributing Structural Supports

A new micro-Pirani vacuum gauge that employs a ladder-shaped structure with two parallel bridges and crosslinks in between has been designed and fabricated. This design enhances the physical performance of the gauge by increasing structural rigidity, thus allowing for longer beams and a wider selection of materials, and by allowing for better heat distribution across the sensor - therefore improving the full-scale range of sensor response. Furthermore, this Pirani gauge can be fabricated in a one-, two-, or three-mask process without postprocessing steps such as KOH etching. In a CMOS-compatible process, poly-Si 4 times 2 times 250-mum and 4 times 2 times 1000-mum Pirani gauges with the ladder structure were fabricated and tested with pressure ranges from 10^-3 to 50 torr (0.133 to 1 times 10³ Pa) and 5 times 10^-2 to 760 torr (6.67 to 1.01 times 10⁵-Pa atmospheric pressure) and with resolutions of approximately 10^-3 and 5 times 10^-2 (0.133 to 6.67 Pa), respectively. Constant temperature circuitry and thermoelectric temperature stabilization would further extend the range of operation and the resolution of these devices. Furthermore, these sensors operate at very low powers ranging from 300 to 600 muW depending on their geometry and pressure measurement range.     

温湿度及加速度信号在线监测低功耗无线传感系统设计

提出一种用于在线监测工业设备自身振动信号和工作环境温湿度的低功耗无线传感器的模块化设计方法。该无线传感系统采用低功耗单片机MSP430F5438作为核心控制单元,由振动加速度检测模块、温湿度模块、射频通信模块、串口通信模块及供能模块构成。主要研究了采用高集成单元器件以低功耗运行的工作方式,实现振动信号和工作环境温湿度参数监测的设计方法,以及使监测系统满足低功耗和性能监测要求的系统的各个模块的工作模式（包括时序）和电源管理模式。使监测节点在满足在线完成实时监测以及信号传输等性能要求的基础上,降低系统功耗延长系统节点采用电池供电的寿命要求。     

具有环境温度自补偿功能的微湿度传感器设计

设计了基于微加工技术的微湿度传感器,介绍了湿度传感器基于差分电路原理的温度补偿方法,实验证明：制作的湿度传感器具有半对数线性,环境温度为10-40℃时,湿度传感器输出变化小于±4％RH。     

基于三次样条插值的硅压阻式压力传感器的温度补偿

传感器的零点温度漂移、灵敏度温度漂移和非线性误差是影响传感器性能的主要因素,如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能有重要意义。提出了基于三次样条曲线插值的温度补偿方法,改进了传统三次样条曲线插值的补偿方法,分别对传感器的零点、灵敏度以及非线性进行补偿,用这种方法对测压范围为1.0140×105 Pa～3.0140×105 Pa,温度范围为-20℃～+60℃的硅压阻式压力传感器的实验标定结果进行了温度补偿。通过比较传统三次样条插值补偿后的传感器输出信号,验证了使用改进后的三次样条曲线插值法的补偿效果更好。这种方法为高精度压力传感器的温度补偿提供了一种有价值的理论依据。     

特种装备内部环境气氛传感系统设计与实现

为长期监测特种装备内部环境气氛的变化规律,研制了一种基于STM32微处理器的嵌入式气氛传感系统.核心敏感元件选用SHT15数字式温湿度传感器、LOX02数字式氧气传感器和自主研制的MEMS氢气传感器.设计了一种独特的低功耗供电方案,有效降低了系统的休眠功耗.测试结果表明:系统能够准确测量环境的温度、湿度、气体压力、氧气浓度和氢气浓度等重要指标,体积小、功耗低,对特种装备可靠性评估具有重要意义.     

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。     

边远岛气压温湿集成测量系统设计

气压、空气温湿度是海洋气象的重要观测内容;介绍了采用新型压力传感器MS5534C和温湿度传感器SHT15构成的集成测量系统在边远海岛气象监测中的一个应用实例,描述了这两个传感器的基本特性及其与微控制器C8051F120的硬件接口设计和软件控制方法;给出了RS-485总线接口电路设计、软件设计及其集成方法;系统经检定表明,气压的最大误差是-0.29hPa,温度的最大误差是-0.19℃,湿度的最大误差是-3%,优于项目的设计指标;实际应用证明,该系统具有精度高、功耗低、维护方便和可靠性高的特点。     

蓝宝石高温光纤压力传感器的设计与仿真

针对高温环境下压力测量需求,提出采用蓝宝石材料来构造适用于特殊环境下的光纤高温法珀压力传感器。基于圆形膜片压力敏感原理设计了传感器敏感单元结构尺寸,通过Comsol有限元软件建立了敏感单元模型,对敏感膜片的表面位移及应力分布情况进行了仿真,验证了传感器设计的可靠性;同时分析了传感器的温敏效应,结果表明随温度升高,传感器的灵敏度会增大,会对压力测量产生误差,约为1.51kPa/℃,上述结果为蓝宝石高温压力传感器的结构和性能优化设计提供了有效指导。