压阻式压力传感器及其应用电路设计

介绍了压阻式传感器的工作原理以及相关应用电路，并给出了一个应用示例加以说明。     

压阻式压力／温度传感器

本文介绍的发动机的压阻式压力／温度复合传感器，可在以－４０℃－＋１５０℃范围内工作。这种传感器可为外部有源电子装置提供压力信号和温度信号。外部有源电子装置安装在远离传动装置和发动机高温区域的部位。因此不会受热源的影响，而传感器安装在传动装置的深部，以便能准确，可靠地测出压力和温度值。     

压阻式加速度传感器封装应力隔离结构分析

测试特性的温度漂移是压阻式加速度传感器研发中的固有问题,与器件制造的多个环节相关,是多因素共同作用的结果。封装应力的隔离是消减传感器特性温度漂移的重要手段之一。为详细分析封装应力隔离结构的引入效果及其对传感器测试特性的影响,以传统双桥式敏感结构为基础,采用有限元方法分析了封装应力隔离结构对传感器附加干扰载荷抵抗力的提升作用,并分析了从其引入后对传感器敏感应力和结构固有频率的影响。分析结果表明,引入封装应力隔离结构可有效降低外部干扰应力对传感器敏感结构的影响,同时也会改变结构固有频率在内的传感器测试特性。因而,当封装应力隔离结构应用于高频型加速度传感器时,需通过优化结构质量分布、采用横向敏感结构等方法对提升结构自身固有频率及实现敏感方向与隔离变形方向解耦等问题进行进一步优化。     

工艺偏差对压阻式硅微压力传感器性能的影响

工艺实践表明,采用体硅湿法刻蚀工艺加工压阻式微型压力传感器时,敏感膜片会存在厚度偏差,电阻条偏离应力最大区域导致位置偏差,电阻条偏离期望的[110]晶向造成角向偏差.结合工艺实验并借助有限元法分析了上述几种主要工艺偏差对灵敏度、线性度等性能的影响.研究表明,2μm的厚度偏差会使灵敏度下降大约10%,线性度会明显下降;位置偏差会使敏感元件偏离应力最大区域而降低灵敏度:5°的电阻条角向偏差会使灵敏度下降大约3%.相关研究可为最大程度减小工艺偏差的影响提供参考依据.     

面向硅压阻式压力传感器温度补偿的组合方法

提出一种面向硅压阻式压力传感器温度补偿的组合方法,采用拟合法建立不同温度下压力传感器变换函数,采用基于变换函数系数的线性插值法获得温度补偿后传感器变换函数,设计了压力传感器信号处理模块,开展了基于组合补偿方法的压力信号补偿过程仿真,结果表明经温度补偿后,压力测量精度在0.1%以内,温度补偿过程耗时约10 μs,补偿算法占用片上资源少,能够满足压气机出口压力测量要求。      

不同校准装置对引压管腔动态特性校准

为了探索引压管腔在动态压力校准中各校准方法的一致性与数据准确性,确立了以简单直管形式引压管腔开展动态特性校准的研究。采用理论和仿真的手段分析并建立了引压管腔模型,理论模型和仿真结果一致性极高。利用3种正弦压力校准装置对同一引压管腔进行了动态校准组合试验,结果表明:3种校准方法所得的动态特性与理论分析趋势一致,对于引压管腔基频的校准各试验之间偏差小于0.55%,但与基频理论值最大偏差为-3.17%。该研究将会为未来引压管腔结构设计和动态特性的补偿修正提供了一定参考依据。      

非线性传感器静态特性评估方法研究

基于非线性传感器的校准．提出了一种利用极限点法来评估非线性传感器静态特性的新方法。给出了利用该方法评估非线性传感器的两种模型。并以一电涡流式非线性位移传感器的校准数据进行了计算分析。     

谐振式硅微传感器闭环系统动态特性影响因素

动态特性是传感器的一个重要的性能指标。本文分析了基于幅频特性的谐振式硅微压力传感器闭环系统的动态特性及其影响因素,并进行了相应的实验研究。由基于幅频特性的闭环系统内部控制过程得到影响闭环系统动态特性的因素有三个：谐振器固有频率对压力的响应时间;谐振器稳定振动的建立时间;信号处理与数据处理时间。对闭环系统内部控制过程及实验结果的分析表明,谐振器稳定振动的建立时间为主要因素。研究结果为设计闭环系统动态特性改善方案提供了依据。     

应变片电测法在外场金属支架应力测试中的应用

外场金属支架在工作过程中需要进行应力监测，一般采用应变电测法，由于金属支架表面为曲面，可能会给测量带来影响。本文从计算分析和实验验证两个方面，探讨曲面对应变电测法测量结果的影响。最终得出由于金属支架曲率半径较大，应变片尺寸相对较小，曲面对测量产生的误差很小，可忽略，证明使用应变片法对金属支架进行应力监测是可行的。     

MEMS惯性器件低应力封装过渡层研究

封装应力是影响MEMS惯性器件输出性能的主要因素之一，封装应力是由于封装过程中封装对象间材料热特性不匹配所引起的。封装应力除了受封装对象本身的材料性能影响外，还与芯片及基底间的过渡层形式有关。不同的过渡层形式不仅会影响封装应力的峰值，还会对应力的分布情况产生影响。为了研究不同形式的过渡层对三层结构MEMS惯性器件芯片封装应力的影响，首先利用COMSOL有限元仿真分析软件简要地分析了不同材料参数对封装应力的影响，并进一步研究了常见封装形式以及不同封装结构的应力分布规律。结果表明，不同的粘接材料、封装形式和封装结构都会引起封装应力的变化。     

计及频率变化的感应电动机负荷特性分析

对于异步联网系统中网架结构比较薄弱的省网系统或者系统解列后形成的孤岛,发生故障时会引起比较大的频率波动,在此情况下对感应电动机进行建模时考虑其频率特性尤为重要。基于感应电动机一阶机械暂态模型,利用解析法分别推导出不同负载特性下稳态及动态转差率关于系统频率的表达式,并在此基础上计算吸收的有功功率和无功功率,进而分析感应电动机的功率频率特性。在MATLAB中建立感应电动机五阶电磁暂态仿真模型,仿真分析不同负载特性感应电动机的功率频率特性。仿真结果与理论推导结果吻合,验证了在简化模型下推导得到的感应电动机频率特性解析式的正确性和有效性。     

低功耗甲烷气敏元件的制备及气敏性能研究

甲烷气体通常需要在较高的工作温度下工作,要达到这个工作温度区间,元件体电阻越大,功耗也就越大;要降低功耗,就要降低元件体电阻.本文所述元件是在SnO2敏感膜材料中掺入Pd,Sb2O3,Al2O3等添加剂,制成微珠式元件,从而大大降低了元件的体电阻,设计出一种低功耗CH4气敏元件.此种元件在低于150 mW的加热功率下,在5000×10-6的CH4气氛中灵敏度可达到3以上,响应时间小于10 s,且具有良好的选择性和稳定性.     

光纤传感环圈骨架热应力仿真计算与实验研究

针对光纤陀螺温度问题,重点分析光纤传感环圈骨架的热应力效应.首先通过Ansys仿真计算,给出了铝合金、钛合金、碳纤维复合材料以及玻璃布板四种不同材料骨架随温度变化的应力大小;然后设计实验,将光纤中的温度应力效应和光纤环骨架引起的热应力效应区分开,通过应力分析仪测试,得出实际的热应力曲线,通过实验验证了仿真计算的准确性.在所测四种材料中,碳纤维复合材料的热应力最小,在120℃的温度范围内,仅有220με,其次是钛合金材料,铝合金产生的热应力则最大,在120℃范围内,达到6000με.根据仿真和实验结果相互印证,碳纤维复合材料最适合制作光纤环圈骨架,而通过附加缓冲层的方式可以优化铝合金骨架的温度性能.     

基于微型剪应力传感器阵列的边界层分离点测定方法研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律,提出了针对在飞行器外表面贴附微型传感器的分离点检测方法,并给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案.研究了2种针对一维剪应力传感器阵列输出电压信号的处理方法,即均值差极大值方法和均方根差分极大值方法,并结合实验数据对上述2种判别算法进行了仿真计算和抗干扰性分析,结果验证了其有效性和准确性.