基于MEMS热电堆传感器的高温测量技术

为了拓宽MEMS热电堆传感器的温度测量范围,实现高温测量,根据MEMS热电堆传感器的原理,设计完成了A2TPMB34型MEMS热电堆传感器静态与动态标定装置,通过试验得到标定结果;同时,提供了基于MEMS热电堆传感器实现瞬态高温测试的技术方案和实现手段,并对其关键部分一红外衰减片性能进行了分析和讨论。     

基于神经网络的MEMS红外热电堆自校准响应分析

为克服MEMS红外热电堆原有自校准响应分析方法存在的考虑参数单一、故障覆盖率低、校准精度低等缺点,全面考虑多个相关参数影响,采用RHPNN神经网络提高其故障覆盖率,再用小波神经网络提高校准精度,最后用FPGA实现了该算法。与传感器结合实验结果表明,本方案故障覆盖率达到92%,自校准后的测温绝对误差降到0.03 K。     

MEMS热电堆传感器的红外探测系统

为了实现远距离红外目标的运动和静止状态的识别,设计了基于热电堆红外传感器的红外探测系统,系统包括梯析(GRIN)透镜、微系统(MEMS)热电堆传感器、信号调理电路、数据采集电路和识别算法.探测结果表明:在相同光路系统的情况下,探测系统实现了比热释电系统更远的探测距离,实现了动态目标和静态目标的识别,并基于探测目标温度、辐射面积的区别,实现了人、车辆和其他红外目标的分类识别,可为红外目标的探测识别提供一种新的解决方案.     

一种黑硅吸收层的热电堆红外探测器设计

设计一种以黑硅这种对几乎所以可见光和部分红外光具有很高吸收率的新型材料作为表面吸收层的热电堆红外探测器,针对这一设计作出了大量关于黑硅对不同波长下的红外吸收率的研究。通过红外基本理论,结合MEMS工艺的兼容性,设计采用两种热电偶材料叠放的方式,并以氧化硅薄膜作为隔离的结构;另外,探测器采用氧化硅上制作的多晶硅作为新型衬底。在器件释放中被XeF2正面腐蚀的部分是多晶硅,这样的设计解决了硅释放的对准问题和SOI衬底陈本高的问题。这种材料可以提高探测器的性能同时减小成本。     

微机械热电堆红外探测器的设计

阐述了微机械热电堆的设计原理、所用材料及主要结构,并研究了3×3阵列的微机械制造工艺,该热电堆结构支撑结构为氮化硅—氧化硅—氮化硅的复合介质膜。热电偶材料采用多晶硅和铝,热电偶采用并列排布的结构,对冷端覆盖了绝热层,用以提高热电堆的探测率。由于该制作工艺与标准IC工艺兼容,使得硅基热电堆红外探测器得到了越来越广泛的应用。     

基于表面等离子体效应的MEMS红外辐射源特性研究

研究了一种新型的基于二维光子晶体结构的表面等离子体共振SPR(Surface plasmon resonance)效应的红外辐射源,该辐射源基本结构为Si-SiO2(650nm)-Cr(100nm)-Au(800nm),并在Au表面刻蚀5μm的周期性排列的圆孔。设计加工了几种不同的结构,包括三种不同的圆孔间距即晶格常数:6μm,7μm,和8μm;四种占空比(圆孔直径与晶格常数之比):3/8,4/8,9/16和11/16;以及三种圆孔排列方式:正方形排列,六边型排列,和带规则缺陷六边型排列。本文采用红外傅立叶测量设备对辐射源进行测试分析,通过该辐射源的红外反射谱表征其辐射性能,并利用FDTD软件进行模拟,和实验数据作了比较。研究结果得出了红外辐射源反射谱波谷位置即SPR共振峰位置,波谷强度即SPR共振峰强度与不同结构参数之间的关系。研究发现该辐射源SPR共振峰位置基本与圆孔间距即晶格常数成正比,正方型排列基本接近于1:1,而六边型排列基本接近于3/2;常规六边型排列比带缺陷六边型排列和正方型排列具有更窄的半波宽和更大的SPR共振强度;随着占空比变大,该辐射源的SPR共振峰强度变大。     

新型非色散红外三组分气体分析仪的研究

为了克服传统的红外气体分析仪现存诸多问题,采用非色散红外气体分析的原理,对一种新型三组分气体分析仪的关键技术进行了研究,诸如四元热电堆红外探测器、锁定放大电路、MSP430超低功耗单片机、LCD显示模块等先进技术.该新型非色散红外三组分气体分析仪能快速实现同时对CO、CO2、CH4等三种气体的连续自动分析,将会具有广阔的应用前景.     

一种双端排布热电堆结构设计与仿真优化

微机电系统(MEMS)红外热电堆是光谱仪、气体传感器、远程温度传感器等现代信息探测系统的核心工作器件,较高的表面利用率和响应度以及更简易的制备工艺将是未来该类器件制造技术的发展趋势。分别采用热偶条双端对称排布、取消红外吸收区、扩大冷端欧姆接触面积、支撑膜边缘开通绝热槽、充分发挥氮化硅钝化与红外吸收双功能作用等设计理念,对热偶条温差分布进行优化,研究热电堆性能的变化规律。采用ANSYS Workbench有限元分析软件对器件进行仿真发现：当传感器设计尺寸为1.5 mm×1.5 mm×0.3 mm,有效面积为1.21 mm²,绝热槽为1.1 mm×20μm时,双端开槽的热电堆探测器在具备更低制备成本的同时表现出最优性能。通过与普通双端热电堆性能进行仿真对比,发现绝热槽的引入使得探测器输出电压提升88.5%。这为未来温度传感器的设计制造提供了新颖的思路。     

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...     

基于悬浮吸收层的热电堆红外探测器结构设计

在这项工作中,设计一种新颖的热电堆红外探测器结构。该检测器利用悬浮吸收层-热电堆双层结构来实现高性能,同时具有相对小的尺寸。该双层结构的实现是通过引入两个分离的牺牲层,分别包括热电堆下方的多晶硅膜和其上方的聚酰亚胺沉积实现。尺寸优化后的仿真结果表明,该红外探测器的探测率、响应率和响应时间分别可以达到2.85e8 cmHz （ 1/2） / W, 1800 V / W和6毫秒。此外,本文提出热电堆红外探测器的制造方法是高度兼容于标准的CMOS工艺,这就使其高产量和低成本的生产成为可能。     

基于红外技术的超速离心机测温系统研究与设计

超速离心机转子需要在高真空环境下高速运行,传统的接触式测温会产生较大的误差。根据红外测温的原理,采用红外热电堆传感器测量转子的温度,介绍了红外测温系统的总体设计和测量电路硬件设计,并重点研究了环境温度与转子材料发射率对测量精度的影响,采用了相应的补偿算法来提高精度.经仿真实验和实际测试表明:该系统能满足超速离心机的温控要求。     

微机械Golay腔型红外探测器的研究

通过分析微机械Golay腔型红外探测器设计中影响性能的关键因素:温致压变系数、红外吸收层、阻尼噪声,提出了一种采用硅和玻璃阳极键合技术实现的新型Golay腔型红外探测器。计算其灵敏度为2 700 pF/W、噪声等效功率为8.4×10-8W/Hz1/2和响应时间为0.5m s。利用光学测量变形,可以实现探测器无电化设计,使得测量不受强电磁场和湿度的影响。     

基于微位移定位系统MEMS梳齿位移传感器的研究

MEMS硫齿位移传感器是一种基于MEMS技术电容理论的传感器,具有体积小、重量轻、性能稳定、功耗低和易于集成等特点.首先探讨了梳齿传感器的工作原理,随后介绍了使用梳齿传感器有效检测微动工作台位移的方法,并进行了结构失效和梳齿电极不平行失效的可靠性分析.通过采用这种传感器可以达到提高微位移定位平台系统的集成度、精度、分辨...     

智能轮椅床的多方位红外体温检测系统设计

针对智能轮椅床对人体体温采集的问题,提出了一种非接触式多方位红外体温检测的方法和系统的总体设计方案与软硬件的具体实现。该系统采用热电堆红外探测器TPS334采集温度信号,利用S3C2410内部集成的AD模块进行A/D转换,同时在软硬件方面对温度实现了补偿,进一步提高测试精度。最后给出了相关的实验验证与分析,结果表明:该系统运行稳定,效果良好,在社区医疗和医学测试领域有较好的发展前景。     

一种基于MEMS传感器的无人飞艇航姿测量系统

提出了一种基于微机电系统(MEMS)惯性传感器的航姿测量系统。分析了一些传统姿态解算算法融合过程中的不足,提出一种高效的融合算法,利用梯度法将加速度计和磁力计对地球重力场和磁场矢量的观测量去修正陀螺给出的姿态信息。针对实际测量系统中振动对姿态的干扰问题,提出切比雪夫II型低通数字滤波器进行传感器数据预处理,并结合运动状态修正融合算法从而进一步抑制振动。通过实验表明:该系统的算法具有较低的计算负荷,能有效地估计出姿态,抑制振动有害加速度对姿态估计的影响,测量动态误差小于2°,静态误差小于0.8°。     

基于MLX90615和MSP430的红外测温系统的设计

红外测温技术由于方便、快速、准确而被广泛应用于航空、医学等很多领域.介绍了一种非接触式测温方案,采用MLX90615红外温度传感器和MSP430F149单片机来实现.单片机通过SMbus方式与MLX90615进行通信,将读出的温度数据进行处理,之后驱动LCD模块显示测量温度.发射率可根据测量目标进行设置,用以提高测温仪...     

Measurement of wireless pressure sensors fabricated in high temperature co-fired ceramic MEMS technology

High temperature co-fired ceramics (HTCCs) have wide applications with stable mechanical properties, but they have not yet been used to fabricate sensors. By introducing the wireless telemetric sensor system and ceramic structure embedding a pressure-deformable cavity, the designed sensors made from HTCC materials (zirconia and 96% alumina) are fabricated, and their capacities for the pressure measurement are tested using a wireless interrogation method. Using the fabricated sensor, a study is conducted to measure the atmospheric pressure in a sealed vessel. The experimental sensitivity of the device is 2 Hz/Pa of zirconia and 1.08 Hz/Pa of alumina below 0.5 MPa with a readout distance of 2.5 cm. The described sensor technology can be applied for monitoring of atmospheric pressure to evaluate important component parameters in harsh environments.     

高温应变测试方法与测试系统开发

高温应变的测试往往是工程上的一个难点,高温会对传感器、测试仪器以及测试数据带来诸多的影响,需要采取有针对性的措施来保证测试方案的可行性和测试数据的准确性。通过实验分析高温对应变测试过程产生的各种影响,就高温应变计的选型和参数修正、高温条件下的温度补偿,以及测试数据的处理进行了详细的分析讨论。并针对这一过程开发了配套测试系统,通过实测某高温退火炉炉壁工作过程的应变情况,得到了准确的温度-应变曲线和炉壁的应力分布情况,在高炉的分析检测中取得了较好的效果,对一般的高温应变电测也具有很好的适用性。