微型压阻式压力传感器的研制

微型压阻式压力传感器的研制

一、微型压阻式压力传感器的研制(论文文献综述)

刘东来,王伟魁,李文博,彭泳卿,金小锋[1](2019)在《冲击波超压传感器研究现状》文中指出冲击波超压传感器是测量爆炸冲击波压力特征参数的关键设备,目前一般采用压阻式和压电式传感器。我国近年来对于冲击波超压传感器的研究取得了一定的进展,但是相对于国外来说还是较为落后,在精度、可靠性、稳定性等方面还存在差距。从冲击波超压传感器发展历程、压阻式压力传感器与压电式压力传感器各自优缺点及国内外研究现状等方面进行了分析和总结,并对各种冲击波超压传感器的性能进行了对比,探讨国内传感器相较于国外典型传感器存在差距的原因。

李旺旺[2](2019)在《蓝宝石高温压力传感器关键技术研究》文中认为超高温环境下压力参数的原位测试在航空航天、环境能源、采矿冶金、生物医学等领域有着广泛的需求,尤其在先进发动机领域。譬如,高温恶劣环境下压力参数的原位测试与提取对提高涡轮发动机、冲压发动机及火箭发动机中燃烧室的燃烧效率,增强发动机可靠性、提高发动机稳定性控制效果和运行安全系数、延长寿命等具有重要的意义。蓝宝石(Sapphire)是一种单晶α-Al2O3,由于其具有高熔点(2040℃),高硬度,良好的机械性能、热稳定性、电绝缘性、抗化学腐蚀及优异的光学特性等优点,成为了研制超高温环境下传感器的理想材料。利用蓝宝石材料进行高温压力传感器的研制对高温压力传感测试领域的发展具有重要的价值。本文从高温恶劣环境下压力参数的测试需求出发,立足于单晶蓝宝石材料,研制了两种适用于高温环境的蓝宝石压力传感器,无线无源蓝宝石高温压力传感器与全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器。针对传感器的结构设计及传感器制备中的关键技术进行了深入研究,主要研究内容包括:(1)蓝宝石高温压力传感器的结构与参数设计根据压力膜片敏感原理,结合不同的信号传输与提取方式,设计了一种LC谐振式的无线无源蓝宝石高温压力传感器和一种基于珐珀干涉结构的全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器。根据敏感膜片设计原则及不同的信号测试原理,对两种传感器的整体结构参数进行了理论设计与有限元仿真验证。(2)蓝宝石晶片键合关键技术研究开发了氧等离子体表面活化处理与高温退火相结合的蓝宝石晶片键合工艺,解决了蓝宝石高温压力传感器中气密腔制备的关键技术难题。分别针对蓝宝石直接键合技术和以非晶Al2O3薄膜作为中间层的蓝宝石间接键合技术进行了研究。首先分析验证了氧等离子体表面活化处理对蓝宝石预键合的影响,研究确定了最优的高温键合工艺条件,实现了直接键合与间接键合两种不同的蓝宝石键合结构。后续通过拉力实验及扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对两种蓝宝石键合结构的键合强度及界面质量进行了测试与对比分析,结果证明两种结构的键合界面均实现了原子级的结合,且键合强度超过了蓝宝石衬底的强度。通过结合等离子体活化处理接触角测试结果与键合界面的微观表征结果揭示了蓝宝石晶片键合的微观机理。最后通过气密性检漏实验、光学传输特性研究证明了键合界面的气密性、透光性能够满足传感器应用的需求。(3)蓝宝石高温压力传感器的工艺制备针对无线无源蓝宝石高温压力传感器,通过对蓝宝石刻蚀、蓝宝石减薄、直接键合等关键工艺的研究实现了蓝宝石密封压力腔的制备,利用丝网印刷工艺实现了电容极板、电感线圈与基底的金属化集成。针对全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器,通过对蓝宝石敏感膜片、蓝宝石刻蚀片、蓝宝石基座的三层结构直接键合工艺研究实现了全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器敏感头的制备。通过搭建高温-压力复合测试系统对制备的两种不同结构的蓝宝石压力传感器进行了高温环境下的性能测试。测试结果表明无线无源蓝宝石高温压力传感器能够实现600℃高温环境下20kPa600kPa范围内的压力测试,600℃下传感器的灵敏度达到10.37kHz/kPa。与其它LC型高温压力传感器相比,本文首次提出的基于直接键合技术的无线无源LC蓝宝石高温压力传感器制作工艺简单,尺寸紧凑,灵敏度较高,有效避免了压力腔的变形和坍塌。此外,高温测试结果表明全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器在25℃900℃温度范围内表现出良好的线性响应,900℃时传感器的灵敏度为3.035nm/kPa,达到了国内领先水平。本文所研制的两种蓝宝石高温压力传感器对高温环境下的压力测试具有突出的应用价值。

赵凯[3](2016)在《胃肠道多参数无创检测系统及胃肠压力信号分析研究》文中认为消化系统疾病是临床上的常见病和多发病,在消化科门诊中功能性胃肠病占有相当大的比例。在医学界,医生多注重胃肠道器质性疾病的研究而忽视功能性胃肠病的研究,其主要原因是传统胃肠道生理参数检测设备只能获取非正常生理状态下部分胃肠道生理参数数据,而且这些生理参数数据的可信度较低。以致到现在,人们还没能完全了解和掌握胃肠道的运动特点及其变化规律,更没有评价胃肠道功能的有效方法。微型电子胶囊的问世虽然解决了获取正常生理状态下胃肠道生理参数的难题,但是现有微型电子胶囊产品的在体工作时间较短,不能满足一些受试者全消化道检测的要求。本文以上海市科委项目(09DZ1907400)、国家自然科学基金项目(31170968)和载人航天领域预先研究项目(010203)为依托,研制了胃肠道多参数无创检测系统。该系统可以在正常生理状态下对人体胃肠道的多个生理参数进行检测,其中微型电子胶囊的设计是基于自主研发的专用集成电路芯片,该芯片的应用不但提高了系统稳定性、可靠性,而且还大大降低了系统的整体功耗。在此基础上,开展了胃肠道运动功能的研究,分析了胃肠道蠕动压力信号的运动特点并提出了评价胃肠道运动状态的方法。本研究力求对正常生理状态下胃肠生理参数的获取,生理信号的降噪,不同胃肠道疾病参数数据的分析以及胃肠道运动状态的评估方法等研究起到进一步的推动作用。本文开展了如下几个方面的研究:研制了胃肠道多参数无创检测系统,该系统由微型电子胶囊、便携式数据记录仪和数据处理工作站组成。基于胃肠道生理信号的特点,开发了具有自主知识产权的专用集成电路芯片,该芯片集成了模拟开关、信号放大器、模数转换器、时钟系统、参考电压源等模块。以专用集成电路芯片为核心设计的微型电子胶囊系统,不但降低了系统的功耗,还大大提升了系统的可靠性。为进一步提高微型电子胶囊中自封装压力传感器的稳定性,对自封装压力传感器模块进行了优化设计,通过建模仿真和测试结果证实了优化后的结构可以有效地提升自封装压力传感器模块的稳定性。研究了胃肠道生理参数数据的降噪和信号提取方法。通过对胃肠道压力信号的分析,提出了胃肠道压力信号中不同信号成分的划分方法。根据胃肠道压力信号的特点,研究了基于小波分析的降噪方法。相对于传统滤波器滤波,小波降噪可以更好地消除生理信号中的噪声干扰。利用小波多尺度分析的方法,提取出了胃肠道蠕动压力信号,该信号可以真实地反映出胃肠道的收缩与舒张运动状态。人体消化系统的运动具有非线性系统的一些特征,因此对人体胃肠道生理信号进行了非线性分析。本文主要从系统复杂度的角度分析解释了健康受试者和胃肠道功能异常患者结肠压力信号的差异。对于人体胃肠道压力信号复杂度的计算采用了多种计算分析方法,包括多重分形谱、近似熵、C0复杂度和L-Z复杂度。根据计算结果分析了不同算法对于结肠蠕动压力信号的适用性,对比分析了不同受试者结直肠压力信号L-Z复杂度的差异性。研究了基于胃肠道压力信号特征参数的聚类分析方法。首先提取了反映胃肠道运动状态的特征参数,再利用模糊c均值聚类算法对特征参数进行聚类分析。为避免模糊c均值聚类算法陷入局部最优解,本文先利用蚁群聚类算法的全局搜索特性求解样本数据的聚类中心,再将获得的聚类中心坐标作为模糊c均值聚类算法的初始聚类中心,经过迭代便可以得到新的聚类中心坐标。基于该方法对健康受试者和慢传输型便秘患者结肠运动特征参数进行了聚类分析,聚类结果表明相同类型受试者的结肠运动具有相似性。本文又以肠道蠕动压力信号的复杂度为特征值,对不同类型受试者的结直肠运动特性进行了聚类分析。该方法不但可以评价受试者的肠道健康状况,同时还可以判别功能性便秘患者属于哪种功能性便秘亚型,该方法的提出对功能性便秘的临床诊断具有重要的意义。尽管本文提出了一些判别胃肠道运动功能正常与否的方法,但是由于受到临床样本数的制约,这些方法还有待更多样本数据的验证。本文最后归纳了研究所取得的成果,并根据研究中所遇到的问题,提出了下一步研究的方向。

王权[4](2007)在《氢化硅薄膜介观力学行为研究和耐高温压力传感器研制》文中研究表明本文主要针对氢化硅薄膜介观力学行为和耐高温压力传感器这两个问题展开了理论与实验的研究。氢化硅薄膜广泛应用于光电子器件,如二极管、薄膜晶体管、太阳电池、液晶显示器等,人们对其光电特性作了深入的研究,但对力学特性涉及很少。已有的研究表明氢化硅薄膜,尤其是纳米硅薄膜有很强的应力敏感特性,在高灵敏度压力传感器、位移传感器和量子隧道传感器等相关器件应用上有极大的应用前景,因此通过对氢化硅薄膜显微结构与介观力学性能的研究,探明二者之间关系(内禀关联特性)为器件开发的提供基本数据。本文对射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统进行了改造,制备了氢化硅薄膜,成功地进行了磷或硼的掺杂。用拉曼谱揭示了氢化硅薄膜的晶粒平均大小和晶态比;用椭偏仪测试了所制备薄膜的厚度;用X射线衍射谱对薄膜微结构和材料性能的进行了比较。以相同的工艺在玻璃和单晶硅衬底上制备了本征或掺磷(硼)的纳米硅薄膜,对不同衬底上纳米硅薄膜进行了对比研究,发现衬底对薄膜生长速率影响不大,但所制备薄膜的微观结构有很大的差异。相同工艺条件下,在玻璃衬底上生长的薄膜,表面粗糙度小于单晶硅衬底上的薄膜;而晶化程度低于单晶硅衬底。掺杂使微结构有了变化,掺磷促进晶化,掺硼促进非晶化。用不同波长的激光线对单晶硅,纳米硅薄膜和非晶硅薄膜拉曼散射实验,发现拉曼线形随激光线波长的不同而不同。当用紫外光短波长325nm激光线激发时,由于穿透深度浅,在318.2cm-1处出现了小峰。无论单晶硅衬底还是玻璃衬底的硅薄膜,当用785nm激光线激发时,由于穿透深度深,对单晶硅衬底的薄膜,反映了衬底的信息,在520.0cm-1附近有尖锐的谱峰;而对玻璃衬底的薄膜而言,则是弥散的拉曼光谱,反应了玻璃衬底非晶无序的微结构特征。对氢化硅薄膜介观力学行为及其与微结构内禀关联特性进行了研究,发现相同的晶态比,制备于玻璃衬底上的氢化硅薄膜由于存在非晶态的过渡缓冲层,弹性模量小于相应的制备于单晶硅衬底上的氢化硅薄膜。由于磷的掺入,薄膜中晶粒细化,有序度提高,薄膜的晶态比一般在40%以上。硼的掺入,晶态比减小,一般低于40%。同时发现对掺磷,本征和掺硼的氢化硅薄膜,分别在晶态比为45%,30%和15%左右,弹性模量最小。这些研究结果对器件级硅薄膜的制备以及器件化有重要的指导意义。针对高灵敏度纳米硅薄膜压力传感器的研究,本文进行了耐高温压力传感器的研究。传统的硅扩散压阻式压力传感器用重掺杂4个p型硅应变电阻构成惠斯顿电桥的力敏检测模式,采用pn结隔离,当温度在100℃以上时,pn结漏电流很大,使器件无法工作。制作耐高温压阻式压力传感器,必须取消pn结隔离,较易的方法之一是采用绝缘体介质隔离(silicon on insulator,SOI)结构。本文研究了单晶硅的晶面和晶向的特性,结合硅微加工工艺,针对高温高压的要求,采用圆平膜芯片,以单晶硅(100)晶面为工作面,两对桥臂力敏电阻分别布置在互相垂直的[110]和[1(?)0]晶向上,位于圆膜边缘处,从而获得了四个臂的差动等臂等应变的惠斯登检测电桥。采用SIMOX技术,在n型硅片上高能注入氧离子,获得了优质商用的SOI晶片,在微加工平台上,制作了耐高温压力传感器芯片,尺寸为5.0mm×5.0mm×0.5mm。制作了硅芯片/玻璃环静电键合装置,完成了硅芯片/玻璃环静电键合。制作了热压焊工作台,选用退火后的金丝,通过金金连接完成内引线键合。掌握了耐高温胶粘剂的实用配比及固化工艺;自制了耐高温覆铜传引板,采用含银的高温焊锡丝,选用耐高温导线作为外导线,完成了耐高温传感器封装的关键部分。选用恒流源激励,设计了温度补偿电路,用对温度求导数的数学方法,推导了灵敏度热漂移(temperature coefficient of sensitivity,TCS)、热零点漂移(temperature coefficient of offset,TCO)和零位输出(offsetshift of voltage,Vos)漂移补偿计算公式,实现了宽温区温度系数补偿,在-20℃~200℃补偿温区内,通过温度循环标定,经补偿后TCS和TCO的值均小于1.0×10-4/℃·FS;非线性误差小于0.1%FS,不重复性和迟滞误差均小于0.05%FS,总精度小于0.2%FS,高、低温时漂均小于0.1mV/8h,获得了量程从0~40MPa、耐温-40~220℃,具有一定抗瞬时高温冲击能力,高精度稳定性佳的压阻式压力传感器,静态技术指标优于同类型Kulite公司产品。后又用针对适用于塑料、橡胶、化纤、蒸汽、热油等高温介质压力的测量工况,采用分体结构,研制了通用型分体式耐高温压力传感器,用汞作为传压介质,使被测高温高压液体或气体与敏感元件隔离开来,大大地拓宽了工作温区,使传感器工作温度提高到350℃。

王永洪[5](2018)在《黏性土中静力压入单桩受力特性试验研究》文中指出在传统的工业和民用建筑及21世纪发展迅速的近海工程及高速交通工程中,桩基础用量巨大,高强预应力混凝土管桩配合静力压入法施工具有承载力高、贯入力强、造价低、保护环境等优势,越来越得到广泛应用。黏性土中静力压桩过程中桩-土之间会产生间隙,桩周土存在超孔隙水压力,真实的有效桩侧压力需扣除孔隙水压力。黏性土中静力压桩过程考虑有效侧压力影响的桩基受力特性愈发受到设计人员的关注,特别是桩-土界面处的土压力及孔隙水压力直接作用于桩身,比外围土体更重要,影响着桩侧摩阻力的变化。然而目前静力压桩过程桩-土界面受力机理尚未明确,因此开展静力压桩过程中桩身及桩-土界面受力特性的研究具有重要的现实和理论意义。本文借助恒刚度桩-土界面直剪试验、室内大比例模型试验及现场足尺试验等方法系统研究了黏性土中静力压桩过程桩的受力特性,提出了创新性的安装多种测试元件的室内和现场试验方法,研究成果为黏性土中静力压桩过程桩-土界面研究提供了依据和参考。本文的主要工作和研究成果如下:1、通过研制大型恒刚度桩-土界面直剪仪来研究桩-土界面的剪切力学特性,总结不同粗糙度、含水率和剪切速率等试验因素下的桩-土界面剪应力峰值和剪切破坏位移变化规律,为实际工程应用提供参考;成功地将桩-土界面安装微型土压力和孔隙水压力的方法用于直剪试验中,研究了黏性土中考虑超孔隙水压力的桩-土界面剪切力学特性。2、设计并制作了双壁模型管桩,提出了创新性的内外管轴力传感器、桩-土界面土压和孔隙水压力传感器的桩身安装、测试及标定技术,基于青岛理工大学大比例模型试验系统开展了3组静力压桩试验,对黏性土中开口模型桩的土塞生成、开口与闭口模型桩贯入过程受力特性进行了系统试验研究。3、基于模型试验,获得了黏性土中开口模型桩的土塞高度变化规律、开口和闭口模型桩静力压入过程中荷载传递变化规律及桩-土界面应力变化规律;分析了静力压桩过程桩-土界面超孔隙水压力、总径向应力和有效应力对桩侧摩阻力的影响,发现桩-土界面存在“侧压力退化”现象。桩-土界面有效径向应力与总径向应力的变化趋势相近,桩-土界面有效径向应力与侧摩阻力同时达到峰值,随后有效径向应力降低,而侧摩阻力保持不变,试验表明桩侧摩阻力退化实质是桩-土界面有效径向应力的减小。4、研制了PHC管桩复杂环境生产成型过程中植入光纤的PHC测试桩,同时在桩身表面安装微型土压和孔压传感器,形成与室内试验对应的安装多种测试元件的现场试验方法。通过与桩身刻槽埋入光纤现场试验结果对比,验证了植入光纤测试技术的准确性;通过现场试验与室内试验加载、沉桩及卸载过程中桩-土界面超孔隙水压力、总径向应力和有效径向应力的变化规律,验证了桩-土界面测试技术的可行性。5、基于现场试验,对桩身荷载传递规律、桩-土界面超孔隙水压力、总径向应力及有效径向应力进行了分析。通过试验发现压桩初始阶段,桩-土界面超孔隙水压力急剧升高,沉桩过程中桩-土界面超孔隙水压力增大至峰值后开始下降,沉桩结束时桩-土界面超孔隙水压力快速消散;桩-土界面总径向应力与入土深度呈线性关系,在同一贯入深度,桩-土界面总径向应力随着h/B增加而减小,揭示了桩侧摩阻力退化实质是桩-土界面有效径向应力的折减,提出了基于有效径向应力降低的“侧压力退化”现象。

王永洪,张明义,高强,王鹏[6](2017)在《微型硅压阻式压力传感器研制》文中进行了进一步梳理结合多晶硅材料的压力敏感特性,通过在硅膜片上沉淀多晶硅压敏电阻及精密的微型化封装工艺,设计了微型硅压阻式土压力和孔隙水压力传感器。传感器通过将硅膜片在压力下的电阻值变化转换为电信号输出,通过标定实验得出:传感器的零点输出小,动态频响高,线性拟合度高,且适用于监测精度要求高的实际工程及受尺寸限制的室内模型试验。

刘伟杰[7](2019)在《基于压力传感器和致动器的智能感知器件研究》文中研究说明具有感知功能的传感器和致动器是与人们生活最密切相关的一类器件,它们的共同特点就是能够感知压力或电等刺激信号并实现信号间的相互转换。由于在实际生活和工业生产中,电信号的检测与输出手段是最成熟的,且力学信号也是无处不在的,故研究力-电间的相互转换是十分必要的。本文以柔性智能传感器和致动器为研究对象,针对目前它们在制作方法和应用上存在的一些问题进行探讨。本文主要内容和创新点如下:1.通过改变活性材料内部结构构建了力-电转换的传感器。采用一种商业化的重量轻,成本低,可压缩的原材料和简便的制造技术来制备传感器件。通过简单的碳化处理把商业化的三聚氰胺泡沫转换为石墨化、内部纤维部分断裂的三维网络结构的弹性碳泡沫。与最近几年出现的三维结构传感器相比,它不但避免了制作传感材料工序复杂和材料昂贵的问题,而且还克服了器件反应迟钝、工作状态不稳定和压强低于10 kPa时工作困难的缺点。我们得到的传感器的灵敏度高达100.29 kPa-1,在11000次重复施压-解压测试中展示出良好的循环稳定性。它可以清晰地检测到大约低至3 Pa的压强(与这个压强相对应的施压物体的质量约为30.4 mg)。2.通过改变活性材料与电极之间的接触构建了力-电转换的传感器。采用具有褶皱的石墨烯膜作为导电材料和水溶性的PVA纳米线作为隔离物来改善传感器的性能。从活性材料和结构设计这两个影响压阻传感器性能的主要因素出发,通过表面粗糙的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板得到了作为导电材料的褶皱石墨烯膜,使用静电纺丝制备技术得到的PVA纳米线作为隔离层调节传感器的结构。这不但避免了传统光刻工艺的工序复杂、成本高、耗时长等缺点,而且改善了由于微观结构均匀,在一定载荷下导致变形很容易达到饱和的一般隔离层缺点。获得了灵敏度高达28.34kPa-1的传感器,能够识别出重量约22.4 mg(2.24 Pa)的轻质大米,经过6000次反复施压-解压循环测试后,显示出优异的耐久性和可靠性,可以检测微弱的脉搏跳动和监测人类的各种运动行为。3.通过构建MXene和LDPE双层膜结构实现了电-力转换的致动器。采用热膨胀系数差别较大的MXene和低密度聚乙烯(LDPE)两种材料制备高性能的致动器。MXene是一种新型二维材料,具有良好的亲水性、优异的导电性、稳定性好等优点,已经在各个领域取得了许多成果。然而,MXene材料在致动器中的使用则很少被提及。我们通过简单的涂覆方法得到了MXene和LDPE双层膜结构的致动器。在低电压的刺激下能够快速响应,在热能的刺激下能够举起相当于其自身重量6.4倍的负载,在光照刺激下它能够负重前行。该工作克服了一般致动器运行时所需的电压或温度过高而导致资源浪费的缺点。此致动器可以很容易地与其它器件一起集成到电路中,在以后的集成化器件中具有很大的应用前景。

牛松杰[8](2016)在《MEMS压阻式压力传感器技术研究》文中研究指明传感器是一种以测量为目的而被使用并且根据某些规则被转换成可用的输出信号的装置或设备。它通常由转换元件和敏感元件组成,实现自动控制和自动检测。MEMS传感器的研究始于20世纪60年代,能够代表该技术开端的首个硅隔膜压力传感器和应变计分别来自于霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室。压力传感器是MEMS传感器中影响最为深远的一类,其性能由测量范围、测量精度、非线性度、重复性和工作温度等决定。随着自动化生产程度的不断提高,对传感器的要求也在不断提高,必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。为确保工业生产自动化的可靠性和稳定性,具有高灵敏度、高精确度、快速响应、良好互换性的新型传感器是今后市场的主要需求。当今采用MEMS技术制造的压力传感器,其线性度、灵敏度较之前有了很大提高,考虑到IC制造工艺及元器件的温度特性等因素,压力传感器的零点误差,温度漂移缺点和灵敏度误差等问题依然存在,所有就需要借助后续信号补偿技术。本文主要研究MEMS压阻式压力传感结构与电路结构,传感器补偿原理,MEMS压阻式压力传感器补偿方案,MEMS压阻式压力传感器的测试系统。设计了一套实验室使用的针对压阻式压力传感器进行校正以及数字信号处理增益补偿系统。该系统的DSP增益补偿部分采用了MLX90308芯片对传感器的输出信号进行温度及灵敏度的补偿,同时利用了LabVIEW与NI6211数据采集卡配套采集传感器经过系统校正后的信号,然后进行数据的演示以及处理。

王永洪,张明义,张春巍,白晓宇,苗德滋[9](2017)在《静压桩贯入试验硅压阻式传感器的研制及应用》文中提出根据静压桩贯入过程中桩端阻力、桩土界面土压力和孔隙水压力测试对传感器的要求,介绍了硅压阻式压力传感器的压阻效应和工作原理。针对尝试采用的模型桩硅压阻式传感器安装工艺,研制了两种出现方式的传感器,并对贯入过程中桩端阻力、桩土界面土压力和孔隙水压力进行了测试。试验结果表明,硅压阻式压力传感器成活率高达100%,模型桩硅压阻式传感器安装工艺可行,测试结果准确、可靠。硅压阻式传感器可以应用到静压桩贯入模型试验中。

陈诚[10](2020)在《基于双侧梁结构的谐振式压力传感器设计》文中研究指明谐振式压力传感器是一种通过检测谐振器固有频率的变化来间接测量压力的MEMS器件,具备精度高、抗扰性好等特点,并且其输出频率信号为准数字信号,易于和计算机、电路等数字接口相连组成高精度的检测系统,其代表着目前世界MEMS压力传感器的顶尖技术,非常适用于航空航天、气象监控、石油勘测等对传感器精度等性能有更高要求的复杂环境中,在军事与民用领域都具备广阔的发展潜力。本文设计的谐振器和压力敏感薄膜采用相互垂直的工作模态以减少传感器工作过程中的能量耦合,通过设计测梁抑制谐振器的Z向位移,进一步提高传感器工作的稳定性。对谐振梁、侧梁等部件的物理模型进行推导与建立,完成谐振器的建模,同时基于此谐振器在不同压力载荷下侧向振动时其等效刚度随轴向应力的改变而变化的原理,最终完成压力敏感薄膜-硅岛-谐振器三体耦合的传感器整体结构的优化设计与建模。在ANSYSWorkbench平台下对其进行仿真与验证,结果表明:侧梁可有效的抑制谐振器的Z向位移,在0-100MPa范围内谐振器具有良好的正向应力特性;传感器基础谐振频率为29.834k Hz,在0-120k Pa范围内灵敏度可达29.6Hz/k Pa,且最大过压1.5×FS时仍具备频率稳定性。在器件结构设计的基础上,对其刻蚀、键合、封装等制备工艺进行研究,采用各向异性湿法刻蚀的方法释放硅岛与敏感薄膜,并通过DRIE工艺释放谐振器,传感器由溅射有吸气剂的盖帽层与谐振器结构层通过硅硅键合实现真空封装,进而通过硅通孔引出电信号,最终完成了与工艺步骤对应的光刻掩膜版版图的设计。

二、微型压阻式压力传感器的研制(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、微型压阻式压力传感器的研制(论文提纲范文)

(2)蓝宝石高温压力传感器关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容及安排
2 蓝宝石高温压力传感器的原理与设计
    2.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器工作原理与结构设计
        2.1.1 压力敏感原理
        2.1.2 无线无源LC传感器信号拾取原理
        2.1.3 无线无源蓝宝石高温压力传感器敏感膜片仿真分析
        2.1.4 无线无源蓝宝石高温压力传感器结构参数设计
    2.2 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器工作原理与结构设计
        2.2.1 光纤珐珀干涉原理
        2.2.2 基于斐索干涉仪的信号解调原理
        2.2.3 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器结构设计
    2.3 本章小结
3 蓝宝石晶片键合技术研究及其键合界面的测试分析
    3.1 蓝宝石晶片直接键合技术研究
        3.1.1 室温自发预键合理论模型
        3.1.2 蓝宝石直接键合实验
    3.2 蓝宝石晶片间接键合技术研究
        3.2.1 ALD生长氧化铝薄膜的表征与分析
        3.2.2 蓝宝石间接键合实验
    3.3 蓝宝石键合结构的界面微观测试与分析
        3.3.1 蓝宝石键合结构界面SEM观察分析
        3.3.2 蓝宝石键合结构界面TEM观察分析
        3.3.3 蓝宝石键合结构的键合强度对比及键合机理分析
    3.4 蓝宝石键合结构的气密性测试
    3.5 蓝宝石键合界面的光学传输特性分析
    3.6 本章小结
4 蓝宝石高温压力传感器工艺设计与制备
    4.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器制造工艺方案设计
    4.2 无线无源蓝宝石高温压力传感器工艺加工与制备
        4.2.1 蓝宝石刻蚀工艺
        4.2.2 蓝宝石减薄工艺
        4.2.3 紫外激光划片工艺
        4.2.4 蓝宝石直接键合工艺
        4.2.5 铂浆料丝网印刷工艺
    4.3 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器制造工艺方案设计
    4.4 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器工艺加工与制备
        4.4.1 蓝宝石刻蚀工艺
        4.4.2 蓝宝石基座激光加工工艺
        4.4.3 蓝宝石三层结构直接键合工艺
        4.4.4 光纤集成工艺
    4.5 本章小结
5 蓝宝石高温压力传感器的性能测试与分析
    5.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器的性能测试
        5.1.1 无线无源蓝宝石高温压力传感器测试系统搭建
        5.1.2 无线无源蓝宝石高温压力传感器高温性能测试
    5.2 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器性能测试
        5.2.1 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器常温下密封性能测试
        5.2.2 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器高温性能测试
        5.2.3 全蓝宝石光纤珐珀高温压力传感器的封装设计
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结及主要创新点
    6.2 工作展望
参考文献
攻读博士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(3)胃肠道多参数无创检测系统及胃肠压力信号分析研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 消化道生理学基础
        1.2.1 消化道生理结构
        1.2.2 消化道平滑肌的生理特性
        1.2.3 消化道的动力特性
    1.3 功能性胃肠疾病与胃肠道压力和p H值相关性的研究现状
        1.3.1 食管疾病与压力的相关性研究
        1.3.2 胃及十二指肠疾病与压力的相关性研究
        1.3.3 小肠疾病与压力的相关性研究
        1.3.4 结直肠疾病与压力的相关性研究
        1.3.5 胃肠道疾病与p H值的相关性研究
    1.4 胃肠道动力检测方法的研究现状
        1.4.1 胃肠道动力检测方法
        1.4.2 导管测压检测设备
        1.4.3 新型的胃肠道检测设备
    1.5 本课题的研究目的和意义
    1.6 论文的内容结构
第二章 胃肠道多参数无创检测系统的研制
    2.1 胃肠道多参数无创检测系统的构成
    2.2 微型电子胶囊的设计
        2.2.1 微型电子胶囊的发展与目前存在的问题
        2.2.2 微型电子胶囊的总体结构
        2.2.3 JD-I研制的预期目标
        2.2.4 JD-I的设计
        2.2.5 传感器模块的设计
        2.2.6 压力传感器模块的优化
        2.2.7 通讯模块的设计
        2.2.8 微型电子胶囊的软件设计
        2.2.9 微型电子胶囊工作时间的验证
    2.3 便携式数据记录仪
    2.4 数据处理工作站
    2.5 本章小结
第三章 胃肠道压力信号的预处理
    3.1 国内外胃肠道压力信号的预处理方法研究现状
    3.2 小波变换理论
        3.2.1 连续小波变换
        3.2.2 离散小波变换
        3.2.3 多分辨率分析与小波变换系数
    3.3 胃肠道压力信号的小波降噪与信号分离
        3.3.1 小波降噪流程
        3.3.2 胃肠道压力信号降噪相关参数的确定
        3.3.3 胃肠道压力信号的降噪及降噪效果分析
    3.4 本章小结
第四章 胃肠道非线性动力特性分析
    4.1 非线性分析在生物信号上的研究现状
    4.2 非线性动力系统复杂性分析方法
        4.2.1 分形
        4.2.2 复杂性及其测度
    4.3 实验及结果分析
        4.3.1 系统复杂性分析方法的适用性研究
        4.3.2 不同类型功能性便秘患者肠道压力信号复杂度的分析研究
    4.4 本章小结
第五章 胃肠道蠕动压力信号聚类分析研究
    5.1 聚类分析算法
        5.1.1 聚类分析的基本概念及基本步骤
        5.1.2 模糊聚类算法
        5.1.3 模糊c均值聚类算法的优化
    5.2 肠道蠕动压力信号聚类分析
        5.2.1 STC患者与健康受试者结肠蠕动压力信号的聚类分析
        5.2.2 不同类型受试者结直肠压力信号复杂度的聚类研究
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文主要工作
    6.2 论文创新点
    6.3 进一步的研究内容
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
攻读学位期间申请的专利
攻读学位期间参与的项目

(4)氢化硅薄膜介观力学行为研究和耐高温压力传感器研制(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 氢化硅薄膜的力学行为研究背景和意义
    1.2 耐高温压力传感器研究背景和意义
    1.3 论文的主要内容
    参考文献
第二章 氢化硅薄膜的制备和微观表征
    2.1 引言
    2.2 射频等离子体增强化学气相沉积法
    2.3 拉曼测试晶态比和平均晶粒大小
    2.4 薄膜厚度研究
    2.5 XRD衍射谱
    本章小结
    参考文献
第三章 衬底对纳米硅薄膜生长的影响
    3.1 引言
    3.2 纳米硅薄膜的微观表征
    3.3 薄膜的AFM和HRTEM研究
    3.4 结果和讨论
    本章小结
    参考文献
第四章 不同单光子激光线的氢化硅薄膜拉曼谱
    4.1 引言
    4.2 薄膜制备
    4.3 结果讨论
    4.4 薄膜内应力
    本章小结
    参考文献
第五章 氢化硅薄膜介观力学行为及其与微结构内禀关联特性
    5.1 引言
    5.2 纳米压痕
    5.3 结果和讨论
    本章小结
    参考文献
第六章 耐高温压阻式压力传感器
    6.1 耐高温压阻式压力传感器简介
        6.1.1 引言
        6.1.2 压阻式压力传感器基本原理
        6.1.3 硅扩散压阻式压力传感器
        6.1.4 耐高温压阻式压力传感器
    6.2 基于SIMOX的耐高温压力传感器芯片制作
        6.2.1 压力传感器芯片设计
        6.2.2 SIMOX的耐高温压力传感器芯片制作
    6.3 耐高温压阻式压力传感器封装
        6.3.1 引言
        6.3.2 硅/玻璃环静电键合
        6.3.3 内引线键合
        6.3.4 外引线转接
    6.4 耐高温压力传感器静态标定及温度漂移补偿
        6.4.1 耐高温压力传感器的静态标定指标
        6.4.2 热灵敏度漂移系数及补偿
        6.4.3 零位输出及其补偿
        6.4.4 热零点漂移系数及补偿
        6.4.5 耐高温压力传感器标定结果
        6.4.6 与国外同类产品的比较
    6.5 通用型分体式耐高温压力传感器研制
        6.5.1 引言
        6.5.2 耐高温分体式压力传感器结构设计
        6.5.3 传感器前置电路
        6.5.4 耐高温分体式压力传感器高温标定
    本章小结
    参考文献
第七章 结论
致谢
攻读学位期间发表的论文、专利、参加项目及奖励

(5)黏性土中静力压入单桩受力特性试验研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 桩-土界面剪切力学特性研究
        1.2.2 静力压入管桩荷载传递分析研究
        1.2.3 静力压入管桩桩-土界面受力分析研究
        1.2.4 静力压入管桩桩身应力测试技术发展现状
    1.3 课题的提出
    1.4 本文研究思路及方法
    1.5 本文主要工作
第2章 桩-土界面剪切强度室内试验研究
    2.1 引言
    2.2 大型恒刚度直剪仪的研制
        2.2.1 恒刚度直剪试验原理
        2.2.2 桩-土界面恒刚度法向加载系统的实现
        2.2.3 桩-土界面剪切模拟系统的实现
        2.2.4 桩-土界面滚轴双向传动系统的实现
        2.2.5 桩-土界面自动化数据采集系统的实现
    2.3 不同因素对桩-土界面抗剪强度的影响
        2.3.1 试验过程
        2.3.2 试验结果及其分析
    2.4 超孔隙水压力对桩-土界面抗剪强度的影响
        2.4.1 试验过程
        2.4.2 试验结果及其分析
        2.4.3 考虑超孔隙水压力的桩-土界面抗剪强度的进一步分析
    2.5 本章小结
第3章 静力压入管桩室内大比例模型试验
    3.1 引言
    3.2 试验场地及地基土制备
        3.2.1 试验场地
        3.2.2 地基土制备
        3.2.3 地基土检测
    3.3 双壁模型管桩的设计与制作
        3.3.1 模型桩设计及制作
        3.3.2 传感器选择及安装
        3.3.3 模型桩标定
    3.4 加载设备及数据采集
        3.4.1 加载设备
        3.4.2 数据采集
    3.5 试验内容
    3.6 本章小结
第4章 大比例模型试验结果与分析
    4.1 引言
    4.2 试验数据分析方法
    4.3 沉桩过程中的桩基性状
        4.3.1 开口管桩土塞变化
        4.3.2 桩顶压桩力
        4.3.3 桩端阻力
        4.3.4 桩侧总摩阻力
        4.3.5 桩身轴力
        4.3.6 桩侧平均摩阻力
    4.4 桩-土界面应力
        4.4.1 桩-土界面超孔隙水压力
        4.4.2 桩-土界面总径向应力
        4.4.3 桩-土界面有效径向应力
    4.5 本章小结
第5章 植入光纤PHC管桩静力压入荷载传递足尺现场试验
    5.1 引言
    5.2 PHC管桩植入光纤技术
        5.2.1 光纤光栅传感技术原理
        5.2.2 PHC管桩成型过程及光纤植入
    5.3 测试桩静力压入荷载传递足尺试验与分析
        5.3.1 试验数据分析方法
        5.3.2 黏性土中PHC管桩静力压入现场试验
        5.3.3 黏性土中PHC管桩静力压入过程受力现场试验结果分析
    5.4 本章小结
第6章 沉桩过程桩-土界面径向应力变化规律足尺现场试验
    6.1 引言
    6.2 试验设计
        6.2.1 传感器的选型
        6.2.2 传感器布设与安装
    6.3 试验过程与数据采集
        6.3.1 试验过程
        6.3.2 数据采集
    6.4 试验结果与分析
        6.4.1 沉桩过程桩-土界面孔隙水压力发展与消散规律
        6.4.2 沉桩过程桩侧摩阻力退化效应
    6.5 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 本文研究成果
    7.2 主要创新点
    7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间论文发表及科研情况
致谢

(6)微型硅压阻式压力传感器研制(论文提纲范文)

0 引言
1 多晶硅材料的压阻效应
2 硅压阻式压力传感器工作原理
3 微型硅压阻式压力传感器设计
    3.1 微型硅压阻式土压力传感器
    3.2 微型硅压阻式孔隙水压力传感器
4 传感器标定试验与结果分析
5 结论

(7)基于压力传感器和致动器的智能感知器件研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 纳米材料的应用现状
    1.3 力电耦合式压力传感器
    1.4 光、热、电多功能响应致动器
    1.5 论文研究意义与内容
2 基于弹性碳泡沫的压阻传感器研究
    2.1 引言
    2.2 实验原材料与试剂
    2.3 实验仪器
    2.4 实验步骤
    2.5 弹性碳泡沫压阻传感器的工作机制
    2.6 材料形貌表征
    2.7 弹性碳泡沫压阻传感器的性能测试
    2.8 弹性碳泡沫压阻传感器的实际应用
    2.9 本章总结
3 基于聚乙烯醇纳米线/褶皱石墨烯膜的压阻传感器研究
    3.1 引言
    3.2 实验原材料与试剂
    3.3 实验仪器
    3.4 实验步骤
    3.5 聚乙烯醇纳米线/褶皱石墨烯膜压阻传感器的工作机制
    3.6 材料形貌表征
    3.7 聚乙烯醇纳米线/褶皱石墨烯膜压阻传感器的性能测试
    3.8 聚乙烯醇纳米线/褶皱石墨烯膜压阻传感器的实际应用
    3.9 本章总结
4 基于MXene的具有多功能响应的致动器研究
    4.1 引言
    4.2 实验原材料与试剂
    4.3 实验仪器
    4.4 实验步骤
    4.5 MXene/LDPE双层膜致动器的工作机制
    4.6 MXene形貌表征
    4.7 致动器对电刺激的响应
    4.8 致动器对热刺激的响应
    4.9 致动器对光刺激的响应
    4.10 本章总结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 主要创新点
    5.3 展望
致谢
参考文献
附录 攻读博士学位期间发表的论文目录

(8)MEMS压阻式压力传感器技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪言
    1.1 MEMS压阻式压力传感器研究背景
    1.2 MEMS压阻式压力传感器发展趋势
    1.3 MEMS 压阻式压力传感器的优势与不足
    1.4 MEMS压阻式压力传感器补偿现状
        1.4.1 国外的补偿现状
        1.4.2 国内的补偿现状
    1.5 本论文的研究内容
第二章 MEMS压阻式压力传感器
    2.1 相关理论基础
        2.1.1 半导体压阻效应
        2.1.2 弹性膜片变形小挠度理论
    2.2 MEMS压阻式压力传感器工作原理及特点
        2.2.1 MEMS压阻式压力传感器工作原理
        2.2.2 MEMS压阻式压力传感器电路结构
        2.2.3 MEMS压阻式压力传感器优缺点
    2.3 MEMS压阻式压力传感器结构设计和材料选择
        2.3.1 硅杯结构设计
        2.3.2 力敏电阻设计
第三章 MEMS压阻式压力传感器补偿方案
    3.1 传感器补偿原理
    3.2 传感器补偿流程设计
第四章 测试系统及结果
    4.1 测量系统的一般结构
    4.2 系统硬件
        4.2.1 敏感元件
        4.2.2 信号调试元件
        4.2.3 信号处理元件
        4.2.4 其它系统硬件
    4.3 系统软件
        4.3.1 调整增益补偿软件
        4.3.2 数据显示软件
        4.3.3 数据处理软件
    4.4 系统硬件的实现
        4.4.1 DK90308 Evaluation Kit的连线
        4.4.2 数据采集卡NI6211的连线
        4.4.3 温控设备的连线
    4.5 测试结果及数据
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢

(9)静压桩贯入试验硅压阻式传感器的研制及应用(论文提纲范文)

0 引言
1 微型硅压阻式传感器的研制
    1.1 多晶硅材料的压阻效应
    1.2 硅压阻式压力传感器的工作原理
    1.3 硅压阻式压力传感器的设计
2 在静压桩贯入模型试验中的应用
    2.1 模型试验概况
    2.2 硅压阻式传感器安装工艺
    2.3 试验结果及分析
3 结论

(10)基于双侧梁结构的谐振式压力传感器设计(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 MEMS技术及其发展
    1.2 关于MEMS压力传感器
        1.2.1 压阻式压力传感器
        1.2.2 压电式压力传感器
        1.2.3 电容式压力传感器
        1.2.4 谐振式压力传感器
    1.3 谐振式压力传感器的国内外研究现状
    1.4 本文的研究背景与研究意义
    1.5 本文的主要工作和内容安排
第二章 谐振式压力传感器理论建模与分析
    2.1 工作原理
    2.2 谐振梁分析
        2.2.1 双端固支梁理论计算
        2.2.2 轴向力作用时谐振梁理论计算
    2.3 谐振器分析
        2.3.1 谐振器等效刚度与固有频率计算
        2.3.2 谐振器振动分析
    2.4 压力敏感薄膜与硅岛分析
    2.5 工作模式分析
    2.6 本章小结
第三章 谐振式压力传感器结构设计与仿真分析
    3.1 前言
    3.2 谐振器设计与仿真验证
        3.2.1 侧梁与谐振梁的设计
        3.2.2 正反两面梳齿的设计
        3.2.3 谐振器的模态仿真与力学仿真
    3.3 电极布局设计与屏蔽边框设计
    3.4 压力敏感薄膜、硅岛设计与仿真
    3.5 谐振式压力传感器整体设计与仿真
        3.5.1 整体的静力学仿真
        3.5.2 整体的模态仿真与预应力模态仿真
    3.6 小结
第四章 谐振式压力传感器工艺研究与版图设计
    4.1 前言
    4.2 核心工艺简介
        4.2.1 刻蚀
        4.2.2 键合、封装与引线
    4.3 工艺流程设计
    4.4 光刻掩膜版的版图设计
    4.5 小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士期间的学术活动及成果情况

四、微型压阻式压力传感器的研制(论文参考文献)

  • [1]冲击波超压传感器研究现状[J]. 刘东来,王伟魁,李文博,彭泳卿,金小锋. 遥测遥控, 2019(05)
  • [2]蓝宝石高温压力传感器关键技术研究[D]. 李旺旺. 中北大学, 2019
  • [3]胃肠道多参数无创检测系统及胃肠压力信号分析研究[D]. 赵凯. 上海交通大学, 2016
  • [4]氢化硅薄膜介观力学行为研究和耐高温压力传感器研制[D]. 王权. 江苏大学, 2007(09)
  • [5]黏性土中静力压入单桩受力特性试验研究[D]. 王永洪. 青岛理工大学, 2018(12)
  • [6]微型硅压阻式压力传感器研制[J]. 王永洪,张明义,高强,王鹏. 传感器与微系统, 2017(11)
  • [7]基于压力传感器和致动器的智能感知器件研究[D]. 刘伟杰. 华中科技大学, 2019(03)
  • [8]MEMS压阻式压力传感器技术研究[D]. 牛松杰. 苏州大学, 2016(05)
  • [9]静压桩贯入试验硅压阻式传感器的研制及应用[J]. 王永洪,张明义,张春巍,白晓宇,苗德滋. 压电与声光, 2017(06)
  • [10]基于双侧梁结构的谐振式压力传感器设计[D]. 陈诚. 合肥工业大学, 2020

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微型压阻式压力传感器的研制
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