左策[1]2003年在《石英压力传感器的结构设计和制造工艺研究》文中研究指明石英压力传感器是一种电容式压力传感器，由于石英材料具有独特优点，故广泛应用于气象、军事、航空、航天、巡航导弹、登山测高、石油化工、压力测量等方面。 本文研究的主要内容包括叁个个方面：一是进行石英压力传感器的结构设计。首先论述了不同结构方案的特点，然后采用有限元方法和经验公式法两种方法进行了尺寸参数的计算，对两种计算方法的计算结果进行分析对照，根据上述结果进行尺寸参数的优化选取，最终确定石英压力传感器的结构尺寸。另外，根据有限元方法的计算，得到了石英压力传感器的变形量大小以及压力、变形量大小与悬臂半径等之间关系，从而找到了减小线性误差和增大电容变化量的办法。二是进行石英压力传感器制造工艺的研究。具体探讨了加工工艺，化学腐蚀工艺，膜片金属化工艺，周边封接工艺等。叁对化学加工理论及进行了探讨。 在上述计算分析所得结果基础上制作了石英压力传感器，对制成的石英压力传感器进行测试分析，其结果验证了本文计算、分析的正确性。
滕林[2]2005年在《全量程超高压力薄膜传感器研究》文中指出锰铜传感器和镱传感器是用于测量冲击波产生超高压力的特种用途传感器。其中锰铜传感器的量程上限可达到60GPa,是目前压力传感器中量程最高的,镱传感器的测压范围在几个MPa到4GPa,适用于超高压力的低压段测量。在国防工程应用中,需要传感器满足快速测量以及高压绝缘的要求,本文通过传感器的结构优化设计、敏感材料和封装材料的选择以及工艺参数优化,制作出新型的薄膜化的锰铜阵列式传感器和镱传感器,经过高压测试,取得了比较理想的实验结果,其主要结论和创新性结果归纳如下: 1、首次在99%氧化铝陶瓷基片上制作出2×2阵列锰铜薄膜传感器,4个传感器在基片上呈对称性分布,敏感薄膜放置在冲击波的作用范围内,经过二级轻气炮加载,压力作用范围在50～70GPa,4个传感器输出的一致性好,无高压旁路效应,验证了阵列式锰铜薄膜传感器高压测试的准确性和可靠性。 2、提出采用电火花线切割工艺制作出溅射镱靶,金属镱的延展性不好,在轧制的过程中极易发生断裂,加之该材料的化学性能活泼,易氧化,采用轧制和粉末冶金方法均难以实现。采用这种工艺制作镱靶材的方法还未见报道。 3、首次采用磁控溅射的方法制作出镱薄膜传感器,通过一级轻气炮进行加载实验,测试压力在1～3GPa,压阻系数接近于箔式镱传感器,重复性较好,实现了传感器的小型化和微型化。 4、在原来箔式锰铜和镱传感器的研究中,局限于传感器的测试和使用,没有对传感器微观形貌和压阻性能之间的关系进行深入研究。本文研究了热处理对薄膜传感器微观形貌和压阻特性的影响,研究结果表明,薄膜传感器经过热处理后,薄膜晶粒增大,缺陷减少,大大提高了薄膜的压阻灵敏度。经过热处理后的薄膜传感器,其压阻系数接近于文献报道的箔式传感器的压阻系数。 5、采用氧化铝材料为基制作的“后置式”2×2阵列锰铜薄膜传感器以及以聚酰亚胺为基的“在位式”镱薄膜传感器,在高压冲击波的作用下,表
徐世六[3]2003年在《真空微电子压力传感器的研究》文中研究指明压力是过程自动化五大参量中的首要参量，作为压力信息获取的核心元件的压力传感器，在石油、化工、冶炼、电力、仪器仪表、机械、汽车、智能结构、航空航天、国防等领域中是必不可少、量大面广的基础元件，它已经成为现代信息技术的重要组成部分，在当代科技领域中占有十分重要的地位。特别是自从80年代末微型电子机械系统(MEMS)技术的崛起，从根本上改变了许多传统压力传感器的设计思想和制造方法，为压力传感器的微型化、集成化、智能化的研究提供了新的技术基础。现在，世界各国已将探索集成化、新原理、新结构、新功能、高性能的压力传感器及系统作为研究开发压力传感器的重点。 本文在重庆市科技“十五”项目的资助下，提出利用微电子技术、MEMS技术和真空电子技术相结合的方法，研究一种带过保护功能的真空微电子压力传感器，该压力传感器由带过保护的场致发射阴极锥尖阵列、弹性阳极膜、绝缘层、真空微腔所构成，具有温度稳定性好、抗辐射、快响应、高灵敏、体积小、二次仪表简单、可批量生产等优点，具有广泛的应用市场。 本论文的主要研究工作如下： 1、在查阅了国内外大量文献资料的基础上，对各种压力传感器的结构、制造方法、研究现状和发展趋势作了深入细致地总结分析。 2、研究了真空微电子压力传感器的相关基础理论，从理论上分析了半导体场致发射电流与半导体功函数及其与温度的关系。 3、研究了真空微电子压力传感器的力学和电学特性、传感器结构及相应的计算与模拟。 4、提出和完成了自保护功能的真空微电子压力传感器的结构设计。 5、进行了传感器的工艺设计和工艺研究，成功地研制出了传感器实验样品。其场致发射阴极锥尖阵列密度达24000个／mm~2，起始发射电压为1～5V，反向电压25V，当正向电压为5V时，单尖发射电流为0.2nA，压力灵敏度为98.5mV／bar。 6、进行了传感器的测试和标定技术研究，并对测试结果进行了分析和讨论。
陈诚[4]2007年在《基于声表面波技术的轮胎压力传感器的研究》文中指出近代汽车工业发展很快,汽车人均拥有量在迅速增长,而且随着高速公路的发展,近代汽车行驶速度不断提高,因此对汽车安全行使的要求越来越高。轮胎是汽车行驶机构的重要组成部分,对汽车操纵的稳定性、平顺性和安全性都起着关键作用。为了适应汽车的高速性,在提高轮胎的质量和使用性能的同时,要开发能够实时监控轮胎工作状况的设备。本论文在充分了解和研究了目前国内外的轮胎压力监测系统的前提下,提出了基于声表面波技术的轮胎压力监测系统,它具有无线、无源、体积小、分辨率高等优点。文中对声表面波传感器的理论设计,谐振器的材料选择、结构设计以及传感器的封装工艺进行了深入的研究。本文主要从叁个方面展开了研究:首先,在声表面波传感器的设计方面:对声表面波传感器的原理进行了深入的研究,包括瑞利波的传播特性和各种常用的声表面波器件的基本结构和原理;此外,对声表面波器件的加工工艺以及常用的基片材料进行了研究。其次,在谐振器的结构设计方面:对本论文所研究的轮胎压力传感器的声表面波谐振器进行了详细的结构设计,包括谐振腔长度、叉指换能器、反射器的参数以及金属镀膜设计,并用有限元法对谐振器的位置进行了优化。最后按照设计参数制作出了压力传感器芯片样品。最后,在传感器的封装方面:设计了两层的全石英封装结构,设计和制作了用于封装的石英盖,用低温玻璃焊料对传感器进行了封装,并且对封装后的传感器进行了泄漏率检测。
谭六喜[5]2007年在《声表面波传感器及无源胎压监测模拟试验研究》文中认为随着汽车拥有量的迅速增长和人们对汽车安全驾驶要求的提高,胎压监测系统逐渐成为汽车的必备配置。在研究目前国际市场上的轮胎压力监测系统优缺点以及国内外声表面波传感器研究状况的基础上,提出了基于声表面波传感技术的无源无线胎压监测系统。该系统不仅可以同时监测轮胎内部气体的压力和温度,还有无源、体积小、分辨率高等优点。本文对声表面波传感器的理论、设计、加工和封装进行了深入研究,并通过模拟试验对无源胎压监测方案进行了验证。论文首先进行声表面波传感器的理论研究。通过研究声表面波的传播特性以及声表面波传感器的工作原理,推导了声表面波速度变化的理论方程;研究了声表面波器件石英基片的特性;并依据石英基片的压力和温度的灵敏度系数、声表面波耦合系数和功率流等参数对传感器基片进行了优化选择。通过把叉指换能器的实际电场分布近似为纵、横场交替的一维场分布,分别建立了横场和纵场的等效电路模型,并在此基础上建立了叉指换能器的等效电路模型和反射器的等效电路模型;然后在叉指换能器和反射器等效电路模型的基础上建立了单端对声表面波谐振器的等效电路模型,为声表面波谐振器的内阻抗设计和网络匹配提供理论指导。然后进行了声表面波传感器的设计、加工和封装研究。在声表面波传感器理论研究的基础上,设计了可以测量轮胎压力和温度两个参数的双通道声表面波传感器,并用有限元法对传感器的谐振器进行了优化;分析了声表面波传感器的结构设计参数,包括谐振腔长度、叉指换能器、反射器的参数以及金属镀膜设计等;并依据传感器的等效阻抗特性模型设计了压力传感器芯片参数。研究了声表面波传感器的加工工艺流程,并依据相应的工艺加工了传感器芯片;设计了低应力的两层全石英封装结构,并用超声波设备制作了封装的石英盖板;通过对低温玻璃焊料和环氧胶的键合工艺研究,为传感器设计了不同键合形式的封装;并利用氦质谱仪和六轴微力测试平台分别对传感器进行了泄漏率检测实验和剪切强度实验。其次进行了测试电路、天线和匹配网络的研究。通过对传统测量电路系统构成的分析,设计了一次变频的系统构成方案;测量系统电路通过采用直接数字频率合成、提高系统隔离度和等幅自动增益控制放大等技术手段提高检测精度。通过对天线的特性指标和使用环境的研究,设计了变形的偶极子天线;通过分析声表面波传感器和天线的阻抗特性,设计了合理的匹配网络。最后设计了模拟试验对天线的通讯距离、增益等性能以及传感器的阻抗特性、回波信号和压力、温度响应等特性进行了测试。
张晓峰[6]2008年在《大行程超精密工作台关键技术研究》文中提出高精度和高分辨率的精密微位移工作台系统在近代尖端工业生产和科学研究领域内占有极为重要的地位。在已研制的超精密工作台中,往往整体性能存在缺陷,对环境的要求严格。因此迫切需要对精密平台的关键技术进行研究,为研制出性能均衡,适合工业环境应用的大行程超精密工作台打下坚实的基础。通过国内外大行程超精密平台的比较分析,认为先进结构材料、空气静压导轨、直接驱动技术是超精密平台的关键技术。本文对这些相关技术进行了研究。应用有限元软件ANSYS对常用九种材料进行了热稳定性和抗振性分析。结果表明:零膨胀玻璃的综合性能在所分析的九种材料中是最佳的,石英陶瓷稍差。零膨胀玻璃的造价昂贵,在不追求极端性能的情况下,石英陶瓷是一种非常有发展前途的超精密平台用先进结构材料。在对多孔质气体润滑理论进行分析时提出了一种基于商用有限元前后处理器的分析流程,并通过提高求解器的计算效率和内存利用率,使该方法具备解决工程中复杂多孔节流问题的分析能力。对多孔质节流器性能的影响因素进行了分析,为其设计打下了基础。在多孔质气体润滑的实验研究中,设计了实验方案及装置,进行了渗透率测试及加载实验,对多孔材料进行了加工堵塞工艺的研究。实验结果显示实验结果曲线与有限元分析结果曲线趋势接近一致,大致平行;多孔材料表面微孔的堵塞不均导致实验块出现严重倾斜,使得与有限元结果之间出现了很大偏差。加工堵塞的程度越严重,各部分渗透率也越不均。在对空气静压导轨结构设计的研究中,分析了适用于大行程超精密工作台的导轨类型。通过对滑套运动误差的分析,得出了滑套长度及行程的影响趋势。对导轨的误差组成部分、性质及传递系数进行了分析,探讨了精度分配方法。对动导轨典型螺栓紧固结构结合正交试验方法进行了有限元分析,得出了设计原则。建立了控制系统的数学模型,分析了外部扰动的形式及补偿方案,应用SIMULINK建立了单位反馈PID控制、带加速度前馈的PID控制、位置速度双环反馈等控制模型,比较了九种材料作为工作台材料时的控制效果,分析了各种控制模式以及Smith预估控制器的优点和不足。由于石英陶瓷较小的密度,能有效减轻运动部件的质量,在不同的控制系统下,能明显的提高系统的控制性能。
关若飞[7]2017年在《基于牺牲层技术的SOI压力敏感芯片研究》文中提出压力传感器是微机电系统领域的重要器件之一,通过分析对比国内外MEMS压力传感器的发展现状,设计了基于牺牲层技术的SOI压力敏感芯片。并针对汽车电子领域,对器件的结构及参数进行了优化。首先,由于SOI材料是制作高温压力传感器的良好材料,所以本文利用SOI技术完成压力传感器的设计。其次,基于压力敏感结构的有限元仿真结果,得知随着膜片尺寸的改变,过载能力会有显着的变化;过载能力的提升幅度和传感器的量程有关,量程越小,过载能力的提升幅度越大。结合敏感结构的尺寸参数与过载能力之间的关系,可在保证传感器灵敏度不变小的前提下,通过合理选择敏感结构尺寸提高过载能力。为使芯片体积小的同时电阻条所受的平均应力尽可能大,根据单晶硅灵敏度高,重复性和稳定性好的特点,设计单晶硅材料的应变电阻,通过计算确定了采用弯折型电阻,每1/2电阻的长宽都为8μm。本文所设计的传感器量程为0.5MPa,根据膜片尺寸和过载能力之间的关系,并结合电阻尺寸确定弹性膜片的长宽,弹性膜片的长度为200μm,宽度为100μm。经线性静力分析,确定了压阻的布局,经几何非线性和接触非线性分析,得到了膜片厚度的确定方法,并将膜厚设计为4μm。于是将腔体高度设计为0.3μm,最后采用1mA恒流源供电时,所设计的压力敏感芯片灵敏度为178.74mV/Mpa,满量程输出为89.37mV,过载能力为12.21MPa。本文对基于牺牲层技术的SOI压力敏感芯片进行了设计和优化,结构尺寸的设计和电阻布局等使传感器的各类参数均达到了预期的设计指标。此外,本文基于牺牲层技术和SOI技术,给出了压力敏感芯片的工艺流程,并对工艺中的关键技术进行了分析总结,最后给出了本文传感器的版图设计,为传感器的生产制造提供了设计方案。
李哲[8]2018年在《基于微泡结构的耐高温光纤法珀传感器关键技术研究》文中指出压力与应变的监测已经广泛应用于国民经济的各个领域。而在某些特殊领域如航空航天发动机研制、能源石油探测等项目进行压力与应变的测量时,需要克服高温问题。在高温环境下,传感器单元的机械性能、及传输过程中的信号等都会受到影响甚至失效,使我们无法获取准确的压力及应变信息。光纤法珀传感器由于其具有体积小、质量轻、不受电磁干扰、测量精度高、抗高温潮湿等诸多优点,在高温压力和应变测量领域展现出巨大的应用潜力。本论文在基于法珀多光束干涉的原理上,设计了两种基于微泡结构的耐高温光纤法珀传感器分别来测量高温环境下的压力与应变,并对传感器模型进行了力学性能的分析与仿真,分析了传感器模型的参数设计范围以及灵敏度;同时调研了多种加工法珀腔的方法,根据传感器的尺寸选择了使用光纤熔接机来加工整个传感器;还利用了一种温度补偿结构来降低传感器的温度系数,并使用多物理场仿真软件对温度补偿结构模型进行了热应力仿真;最后,分析了法珀腔解调原理,并利用高温-压力复合平台和高温应变测试系统分别对压力传感器和应变传感器进行的常温下和高温下的测试,对传感器的灵敏度,稳定性和温度系数等性能进行了分析讨论。我们所测试压力传感器的压力量程为常压至1MPa,灵敏度最大的约为6.4nm/MPa,温度系数最低的为0.17pm/℃;所测试应变传感器的应变量程为0~1000με,灵敏度约为0.026nm/με,温度系数约为2.3pm/℃。实验结果表明此基于微泡的耐高温光纤法珀传感器可以在600℃环境下良好的使用,可以为以后的光纤法珀高温传感器的研究提供参考依据。
段建华[9]2003年在《阵列化锰铜薄膜超高压力传感器的研究》文中研究表明锰铜计是一种特种传感器，主要用于测量冲击波产生的超高压力。其量程上限可达50GPa，是现有传感器中测压量程最高的。为满足国防工程的特殊需要，须进一步提高传感器的量程上限及缩短传感器的响应时间。本文通过敏感材料和封装材料的研制、传感器的结构设计以及采用新的传感器制备工艺，研制了一种新型的阵列化的锰铜传感器，所得到的主要结论及创新性的结果可归纳如下：首次采用熔融石英材料作为传感器的绝缘基板。在绝缘基板上沉积锰铜敏感薄膜。并在敏感薄膜的上面沉积SiO2绝缘封装层薄膜。上述技术的主要优点在于可以采用高压绝缘性能更好的无机物作为绝缘封装材料，如本研究中所采用的SiO2，而代替在箔式锰铜计中所使用的PTFE；并可实现敏感元件“清洁”地无机固态封装，即将整个敏感元件是包封在无机物中，而不与高压力下绝缘性能相对较差的有机物，如粘接剂、树脂等直接接触，从而在根本上消除了高压旁路效应。首次采用以半导体光刻的方法来刻蚀锰铜敏感薄膜和铜电极薄膜的图形。克服了利用掩模工艺易出现薄膜边缘衍射的问题。光刻线条均匀、一致，可以有效控制图形。根据“后置”式传感器的阻抗匹配原则，可将待测材料中的压力外推至100GPa以上。本试验铝靶中实测的最高压力为51.68GPa，SiO2材料中的压力为35.396 GPa。输出信号前沿为30ns，延迟时间为400ns。从现有的测试结果分析，该种结构的传感器还能测试更高的压力。锰铜计的输出具有信号波形完整，压阻信号的平台持续时间长，无明显的旁路存在等特点。
周鹏[10]2013年在《基于石英晶体等径向力结构压力传感器研究》文中提出石英晶体压力传感器的精度高与良好的长期稳定性等特点，使其可以广泛的应用在气压与高度测量、压力自动校准和精密过程控制等领域。本课题研究的石英晶体压力传感器主要由压力敏感元件和激振电路这两部分组成，依据压电效应原理，以石英晶体为力敏元件，采用两个“锥形台”式结构来承载压力，将结构顶端压力转化成石英晶体的径向载荷，利用石英晶体的固有频率随外加载荷的变化实现检测被测压力的大小。采用COMSOL Multiphysics仿真软件设计并实现创新结构——等径向力结构，石英晶体振荡电路激励石英晶体达到谐振频率，对结构施加载荷，通过仪器检测出相应的频率变化，测量传感器频率量程与精度，实现力频压力检测。根据测量数据，对等径向力结构施加载荷大小与石英监控晶片的频率之间呈现较良好的线性关系。
参考文献：
[1]. 石英压力传感器的结构设计和制造工艺研究[D]. 左策. 哈尔滨工程大学. 2003
[2]. 全量程超高压力薄膜传感器研究[D]. 滕林. 电子科技大学. 2005
[3]. 真空微电子压力传感器的研究[D]. 徐世六. 重庆大学. 2003
[4]. 基于声表面波技术的轮胎压力传感器的研究[D]. 陈诚. 华中科技大学. 2007
[5]. 声表面波传感器及无源胎压监测模拟试验研究[D]. 谭六喜. 华中科技大学. 2007
[6]. 大行程超精密工作台关键技术研究[D]. 张晓峰. 天津大学. 2008
[7]. 基于牺牲层技术的SOI压力敏感芯片研究[D]. 关若飞. 沈阳工业大学. 2017
[8]. 基于微泡结构的耐高温光纤法珀传感器关键技术研究[D]. 李哲. 中北大学. 2018
[9]. 阵列化锰铜薄膜超高压力传感器的研究[D]. 段建华. 电子科技大学. 2003
[10]. 基于石英晶体等径向力结构压力传感器研究[D]. 周鹏. 黑龙江大学. 2013
标签：自动化技术论文; 压力感测器论文; 声表面波论文; 传感器技术论文; 灵敏度分析论文; 轮胎尺寸论文; 石英论文; 函数封装论文;