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光纤FPI高温压力传感器的设计与仿真
1
作者 田野 曹咏弘 吕晶 《微纳电子技术》 2025年第2期105-115,共11页
航空发动机的内部环境严苛,为保证发动机正常运行需要实时监测压气室、燃烧室等关键部位的动态压力信号和温度信号。基于法布里珀罗干涉原理,以蓝宝石作为材料,建立了传感器整体结构模型并级联光栅结构作为温度补偿,通过理论和仿真分析... 航空发动机的内部环境严苛,为保证发动机正常运行需要实时监测压气室、燃烧室等关键部位的动态压力信号和温度信号。基于法布里珀罗干涉原理,以蓝宝石作为材料,建立了传感器整体结构模型并级联光栅结构作为温度补偿,通过理论和仿真分析确定了传感器具体结构尺寸参数。利用有限元分析软件ANSYS对蓝宝石法布里珀罗干涉仪(FPI)光纤高温压力传感器模型进行了静态分析及温度/压力耦合分析,以模拟传感器在复合环境下的性能。传感器的压力灵敏度为2.216 2 nm/MPa,温度灵敏度为9.198 4 pm/℃,交叉灵敏度为0.017 1 MPa/℃,满量程精度为0.735%,在26~1 500℃范围内具有良好的热-机械性能,为今后蓝宝石高温压力传感器结构的优化与改进提供了一定的参考。 展开更多
关键词 光纤高温压力传感器 法布里珀罗干涉仪(FPI) 光栅 蓝宝石薄膜 微电子机械系统(MEMS)
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封装黏合材料对高温压力传感器性能影响研究
2
作者 罗后明 雷程 +4 位作者 李锐锐 张姝 赵佳龙 肖楚译 王旦旦 《测试技术学报》 2025年第1期27-32,95,共7页
SOI(Silicon-on-Insulator)高温压力传感器的封装结构是影响其在高温环境下稳定工作的重要因素,基于SOI基芯片分别采用无机高温胶、环氧树脂、玻璃浆料作为封装黏合材料,每种材料各制备3支高温压力传感器,经过300℃@100 h带电考核实验... SOI(Silicon-on-Insulator)高温压力传感器的封装结构是影响其在高温环境下稳定工作的重要因素,基于SOI基芯片分别采用无机高温胶、环氧树脂、玻璃浆料作为封装黏合材料,每种材料各制备3支高温压力传感器,经过300℃@100 h带电考核实验。结果显示,无机高温胶、环氧树脂、玻璃浆料作为封装黏合材料制备的高温压力传感器在300℃@100 h内平均零点输出时漂分别约为0.019 05、 1.649 65、 0.066 93 mV/h,其平均综合重复性、迟滞性、线性度分别约为1.062%、 4.932%和1.857%。实验结果表明封装黏合材料热膨胀系数越小,在高温环境下对传感器输出性能影响越小。 展开更多
关键词 SOI高温压力传感器 封装黏合材料 热膨胀系数
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高灵敏度SiC动态高温压力传感器仿真研究 被引量:1
3
作者 李强 梁庭 +2 位作者 雷程 李永伟 周行健 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第1期62-64,68,共4页
为了提高碳化硅(SiC)动态高温压力传感器的灵敏度,采用p型SiC材料,同时对传感器的敏感单元的不同结构———方膜和圆膜,利用Ansys软件进行了静力学仿真与分析,并完成了敏感芯片的尺寸设计。仿真结果表明:优化后的传感器输出灵敏度为14.2... 为了提高碳化硅(SiC)动态高温压力传感器的灵敏度,采用p型SiC材料,同时对传感器的敏感单元的不同结构———方膜和圆膜,利用Ansys软件进行了静力学仿真与分析,并完成了敏感芯片的尺寸设计。仿真结果表明:优化后的传感器输出灵敏度为14.2μV/(V·kPa)。在100~600℃内非线性误差小于1.53%。动态仿真表明:传感器的固有频率为481kHz,传感器可以在160kHz高频环境中安全工作,该结果为进一步制备SiC高温压力传感器奠定了理论支撑。 展开更多
关键词 碳化硅 高温压力传感器 有限元分析 高灵敏度
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基于高温压力传感器的耐高温金属体系
4
作者 杜少博 何洪涛 《电子工艺技术》 2024年第5期21-23,35,共4页
从制约高温压力传感器发展的耐高温金属体系研究出发,采用钨/氮化钽/铂(W/TaN/Pt)作为金属布线的电传导层,开发出适用于500 ℃高温环境下稳定工作的金属薄膜,实现电信号稳定传输,有效避免相邻金属层之间相互扩散或合金导致的电性能失效... 从制约高温压力传感器发展的耐高温金属体系研究出发,采用钨/氮化钽/铂(W/TaN/Pt)作为金属布线的电传导层,开发出适用于500 ℃高温环境下稳定工作的金属薄膜,实现电信号稳定传输,有效避免相邻金属层之间相互扩散或合金导致的电性能失效。对500 ℃高温前后的压力传感器进行带电测试,并对非线性、迟滞性、灵敏度、重复性等8项指标做了测试对比,高温压力传感器性能稳定,各性能指标均满足使用要求,证明该金属体系的可行性。 展开更多
关键词 高温压力传感器 高温金属 氮化钽 阻挡层
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基于共晶焊技术的高温压力传感器无引线封装技术研究
5
作者 王宇峰 王丙寅 +2 位作者 赵艳栋 雷程 梁庭 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第9期18-21,27,共5页
针对MEMS高温压力传感器在高温特种环境下存在引线电学失效的不可靠性因素,制备了基于共晶焊技术的无引线封装SOI高温压阻式压力传感器。利用金锗合金焊料共晶焊接技术完成芯片与陶瓷基板的焊盘之间的连接。推力测试结果表明:其焊接强... 针对MEMS高温压力传感器在高温特种环境下存在引线电学失效的不可靠性因素,制备了基于共晶焊技术的无引线封装SOI高温压阻式压力传感器。利用金锗合金焊料共晶焊接技术完成芯片与陶瓷基板的焊盘之间的连接。推力测试结果表明:其焊接强度最大值可达28.30 MPa,均值约为26.47 MPa。完成300℃环境下的老化后,其300℃高温环境下零点漂移为0.216%,时漂约为7.64μV/h。老化后常温静态压力测试线性度为0.126%,迟滞为0.136%,重复性为0.197%,均小于2‰,基本误差为0.433%。研究结果验证了金锗焊料共晶焊接制备无引线封装压力传感器的技术路线可行性。 展开更多
关键词 微机电系统(MEMS) 共晶 无引线封装 高温压力传感器 二元合金
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SiC高温压力传感器动态性能研究
6
作者 周行健 雷程 +2 位作者 梁庭 钟明 李培仪 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期27-30,共4页
面向航空发动机测试等恶劣复杂测试环境中动态压力测试需求,本文从芯片及封装结构设计、性能模拟仿真、器件制作工艺及传感器动态性能测试方面对碳化硅(SiC)高温压力传感器动态性能进行了系统研究。仿真结果表明:传感器频响为32.4kHz,... 面向航空发动机测试等恶劣复杂测试环境中动态压力测试需求,本文从芯片及封装结构设计、性能模拟仿真、器件制作工艺及传感器动态性能测试方面对碳化硅(SiC)高温压力传感器动态性能进行了系统研究。仿真结果表明:传感器频响为32.4kHz,上升时间为40μs。测试结果表明:传感器的频响不低于5kHz,上升时间为93μs。此传感器具有动态响应频率高、冲击信号响应速度快特点,为航空发动机内脉动压力测量提供了技术支持。 展开更多
关键词 航空发动机 碳化硅 高温压力传感器 动态性能 脉动压力测量
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MEMS高温压力传感器耐高温引线结构优化
7
作者 刘润鹏 雷程 +1 位作者 梁庭 杜康乐 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第3期386-391,共6页
绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器可在高温(高于125℃)下工作。通常情况下构成惠斯通电桥的电阻单独处于压力敏感区,以提高其灵敏度,但在其工作期间压力传感器器件区电阻重掺区与金属引线连接处存在一定高度差,在加压加电高温环境下此处... 绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器可在高温(高于125℃)下工作。通常情况下构成惠斯通电桥的电阻单独处于压力敏感区,以提高其灵敏度,但在其工作期间压力传感器器件区电阻重掺区与金属引线连接处存在一定高度差,在加压加电高温环境下此处热应力变大,金属引线因过热而出现金属引线断裂或失效,无法满足高温需求。在此基础上研究了一种硅引线技术,使其与压敏电阻处于同一高度层,金属引线平铺在硅引线上端,经退火后形成良好的欧姆接触。实验测试表明,该方案能使压力传感器在300℃高温环境下正常工作,金属引线与电阻区连接完好,传感器敏感区应力降低接近50%,且优化后传感器灵敏度符合设计要求。 展开更多
关键词 绝缘体上硅(SOI) 高温压力传感器 器件区电阻 高度差 硅引线
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基于FBG的高温压力传感器设计与校准
8
作者 张白莉 高震森 郭红英 《半导体光电》 CAS 北大核心 2024年第4期561-567,共7页
针对弹药热安全检测中压力检测的需求,设计了一种基于光纤光栅的高温压力传感器。通过深入研究传感构型的弹性形变对光纤光栅输出信号波长的影响和作用机制,设计了传感器封装模型结构,并对其内部参数进行了优化设计。应用有限元建立了... 针对弹药热安全检测中压力检测的需求,设计了一种基于光纤光栅的高温压力传感器。通过深入研究传感构型的弹性形变对光纤光栅输出信号波长的影响和作用机制,设计了传感器封装模型结构,并对其内部参数进行了优化设计。应用有限元建立了传感器封装结构的三维立体模型,通过对模型施加10 MPa载荷,实现了模型的受压仿真,仿真结果验证了传感器压力转换结构设计的合理性。同时以薄板小挠度变形理论为基础,计算出传感器的理论压力灵敏度,设计了传感器的温度补偿方式,进行了不同温度环境下的压力校准实验,得出了传感器在不同温度的压力灵敏度变化趋势,证明了该传感器在100~450℃环境压力测量以及温度补偿方法的有效性。 展开更多
关键词 光纤光栅 高温压力传感器 结构设计 弹性膜片 温度补偿
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高温压力传感器现状与展望 被引量:16
9
作者 张为 姚素英 +2 位作者 张生才 刘艳艳 曲宏伟 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2002年第4期6-8,共3页
论述了多晶硅、SOI(绝缘体上硅 )、碳化硅、SOS(蓝宝石上硅 )、石英、溅射合金薄膜、陶瓷厚膜和光纤等高温压力传感器的基本结构、工作原理、特点及研究现状 ,展望了压力传感器的未来。
关键词 高温压力传感器 多晶硅 SOI 碳化硅 石英晶体
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基于MEMS工艺的SOI高温压力传感器设计 被引量:20
10
作者 李丹丹 梁庭 +2 位作者 李赛男 姚宗 熊继军 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1315-1320,共6页
利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接。对封装的敏感芯片进行高温... 利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接。对封装的敏感芯片进行高温下的加压测试,高温压力测试结果表明,在21℃(常温)至300℃的温度范围内,传感器敏感芯片可在压力量程内正常工作,传感器敏感芯片的线性度从0.9 985下降为0.9 865,控制在较小的范围内。高温压力下的性能测试结果表明,该压力传感器可用于300℃恶劣环境下的压力测量,其高温下的稳定性能为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考。 展开更多
关键词 高温压力传感器 压阻 敏感薄膜 SOI(绝缘体上硅) MEMS(微机电系统)
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基于SOI技术高温压力传感器的研制 被引量:11
11
作者 陈勇 郭方方 +3 位作者 白晓弘 卫亚明 程小莉 赵玉龙 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第6期4-6,共3页
针对油气田等领域高温高压环境要求,介绍了一种高温压力传感器芯片的设计及研制,设计的高温压力传感器芯片解决了传统压阻式传感器在高温高压环境下的热稳定性问题。通过静电键合封装技术将耐高温SOI压阻芯片与玻璃片在真空环境下封装... 针对油气田等领域高温高压环境要求,介绍了一种高温压力传感器芯片的设计及研制,设计的高温压力传感器芯片解决了传统压阻式传感器在高温高压环境下的热稳定性问题。通过静电键合封装技术将耐高温SOI压阻芯片与玻璃片在真空环境下封装结合为一体,作为全硅结构的压力传感器的弹性敏感单元,解决高温环境下测量大量程压力的难题。同时,采用高温充硅油技术,用波纹片和高温硅油将被测量介质隔离开来,提高了传感器的适应能力。 展开更多
关键词 高温压力传感器 硅隔离 静电键合 波纹膜片 封装
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SiC高温压力传感器电容芯片设计与仿真 被引量:5
12
作者 李赛男 梁庭 +2 位作者 喻兰芳 李颖 熊继军 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2015年第3期7-9,42,共4页
MEMS压力传感器的研制已相当成熟,但在高温领域却遇到了许多问题,为解决高温环境下压力测量的问题,文中介绍了一种新型Si C高温压力传感器电容芯片的设计方案。应用Ansys有限元分析软件进行热-结构耦合场仿真分析,常温下电容芯片的灵敏... MEMS压力传感器的研制已相当成熟,但在高温领域却遇到了许多问题,为解决高温环境下压力测量的问题,文中介绍了一种新型Si C高温压力传感器电容芯片的设计方案。应用Ansys有限元分析软件进行热-结构耦合场仿真分析,常温下电容芯片的灵敏度为1.3 p F/bar(1 bar=100 k Pa),300℃、500℃、700℃时灵敏度分别为1.4 p F/bar、1.54 p F/bar、1.74 p F/bar,表明这种结构在高温下仍具有较高的灵敏度,同时对结构进行模态仿真,由模态分析结果知,一阶频率为245 930 Hz,可知该结构具有很高的频响。 展开更多
关键词 SIC 高温压力传感器 电容芯片 Ansys有限元分析软件 灵敏度 频响
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高性能高温压力传感器 被引量:5
13
作者 刘艳艳 姚素英 +3 位作者 张生才 张维新 毛赣如 曲宏伟 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2001年第5期13-16,共4页
研究了决定多晶硅压力传感器性能的两项关键技术:各向异性腐蚀硅杯和温度自补偿。通过研 究四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液特性,及在不同腐蚀条件下硅杯表面状况,确定了制作高质量硅杯的工艺 条件。通过优化掺杂浓度,改善了传感... 研究了决定多晶硅压力传感器性能的两项关键技术:各向异性腐蚀硅杯和温度自补偿。通过研 究四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液特性,及在不同腐蚀条件下硅杯表面状况,确定了制作高质量硅杯的工艺 条件。通过优化掺杂浓度,改善了传感器的温度特性,基本上实现自补偿。测试结果表明,多晶硅压力传感器 综合精度达0.l%~0.2%FS,灵敏度温度系数绝对值小于3 × 10-4/℃,有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 TMAH 各向异性腐蚀 温度自补偿 高温压力传感器
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基于硅隔离技术的耐高温压力传感器研究 被引量:8
14
作者 赵玉龙 赵立波 蒋庄德 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第11期1156-1158,共3页
采用硅隔离SoI(SilicononInsulator)技术 ,应用高能氧离子的注入方法 ,在单晶硅材料中形成埋层二氧化硅 ,用以隔离作为测量电路的顶部硅层与体硅之间因温度升高而造成的漏电流 .采用梁膜结合的压力传递机构 ,将被测压力与SoI敏感元件隔... 采用硅隔离SoI(SilicononInsulator)技术 ,应用高能氧离子的注入方法 ,在单晶硅材料中形成埋层二氧化硅 ,用以隔离作为测量电路的顶部硅层与体硅之间因温度升高而造成的漏电流 .采用梁膜结合的压力传递机构 ,将被测压力与SoI敏感元件隔离开来 ,因此避免了被测压力的瞬时高温冲击 .给出了传感器的结构模型和实验数据 ,测试结果表明 ,这种新型结构的耐高压力传感器 ,具有较好的动静态特性 . 展开更多
关键词 硅隔离技术 高温压力传感器 压力传递机构 离子注入 敏感元件 压力测量
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耐高温压力传感器研究现状与发展 被引量:34
15
作者 张晓莉 陈水金 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第2期1-4,共4页
现有商业化压力传感器绝大多数工作在常温条件下,工作温度高于200℃者尚不多见,远不能满足高温下的压力测量要求,因此对高温压力传感器的研究成为必然。论述了国内外几类高温压力传感器的研究进展、关键技术及应用情况,并探讨了主要存... 现有商业化压力传感器绝大多数工作在常温条件下,工作温度高于200℃者尚不多见,远不能满足高温下的压力测量要求,因此对高温压力传感器的研究成为必然。论述了国内外几类高温压力传感器的研究进展、关键技术及应用情况,并探讨了主要存在的问题和未来的发展趋势。 展开更多
关键词 高温压力传感器 多晶硅 碳化硅 声表面波 光纤
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MEMS耐高温压力传感器封装工艺 被引量:4
16
作者 孟超 赵玉龙 +2 位作者 赵立波 王新波 刘元浩 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第9期9-11,14,共4页
MEMS耐高温压力传感器在封装结构上采用薄膜隔离式结构,在油腔与波纹片所形成的密闭容腔里面填充高温硅油。由于传感器的工作温度达250℃,硅油、壳体基座及波纹片将会产生不同程度的热膨胀,最终将给压阻力敏芯片形成一定附加压力,严重... MEMS耐高温压力传感器在封装结构上采用薄膜隔离式结构,在油腔与波纹片所形成的密闭容腔里面填充高温硅油。由于传感器的工作温度达250℃,硅油、壳体基座及波纹片将会产生不同程度的热膨胀,最终将给压阻力敏芯片形成一定附加压力,严重影响传感器的精度。文中主要就硅油、壳体基座及波纹片在250℃工作时由于不同的热膨胀系数而导致的膨胀不一致情况进行ANSYS仿真分析,研究了平膜膜片及波纹状膜片情况下的硅油热膨胀问题,最后相应地得到了硅油相对于壳体和波纹片的热膨胀率,同时分析得出了合理设计波纹片结构可以有效减小硅油热膨胀时所产生的附加压力,提高传感器的工作灵敏度与稳定性。 展开更多
关键词 MEMS 高温压力传感器 封装 薄膜隔离式结构 平膜膜片 波纹状膜片 热膨胀
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微型高温压力传感器芯片设计分析与优化 被引量:3
17
作者 赵艳平 丁建宁 +2 位作者 杨继昌 王权 薛伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期1829-1831,共3页
基于弹性力学和板壳力学理论,分析了微型高温压力传感器圆形膜片的受力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;利用有限元分析方法,借助ANSYS仿真软件,对微型高温压力传感器应变膜进行了一系列的分析和计算机模拟,探讨了传感器圆形... 基于弹性力学和板壳力学理论,分析了微型高温压力传感器圆形膜片的受力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;利用有限元分析方法,借助ANSYS仿真软件,对微型高温压力传感器应变膜进行了一系列的分析和计算机模拟,探讨了传感器圆形应变膜简化应力模型的合理性以及温度对应力差分布的影响,得到了直观可靠的结果,为微型高温压力传感器芯片设计和研发新颖的微型高温压力传感器芯片提供有力的依据. 展开更多
关键词 高温压力传感器 力敏电阻 芯片 优化
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半导体高温压力传感器的静电键合技术 被引量:3
18
作者 张生才 赵毅强 +3 位作者 刘艳艳 姚素英 张为 曲宏伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 2002年第2期150-152,共3页
本文论述了多晶硅高温压力传感器中的硅 玻璃静电键合技术 ,包括硅 玻璃静电键合机理 ,键合强度及键合后残余应力的改善措施 .通过大批量键合封接实验 ,键合的成品率达到 95
关键词 多晶硅高温压力传感器 静电键合 键合强度 残余应力
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高温压力传感器温度漂移补偿研究 被引量:9
19
作者 王权 丁建宁 +1 位作者 王文襄 范真 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第2期13-15,共3页
针对高温压力传感器耐高温和高压的测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅杯式芯片版图,采用SIMOX(separationbyimplantedoxygen)技术SOI(silicononinsulator)晶片,在微加工平台上制作了该芯片,获得了差动等臂等应变的惠斯登检测电桥。... 针对高温压力传感器耐高温和高压的测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅杯式芯片版图,采用SIMOX(separationbyimplantedoxygen)技术SOI(silicononinsulator)晶片,在微加工平台上制作了该芯片,获得了差动等臂等应变的惠斯登检测电桥。对采用耐高温封装后的传感器的热零点漂移、热灵敏度漂移和零位输出的补偿作了研究,设计了补偿电路,推导了热灵敏度漂移补偿的计算公式,在通用型高温压力传感器的研发中证明其可行性和实用性,并总结出了经验公式。 展开更多
关键词 高温压力传感器 惠斯登电桥 恒流源 温度系数补偿
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高温压力传感器温度特性的芯片内补偿技术 被引量:2
20
作者 曲宏伟 姚素英 +2 位作者 张生才 赵毅强 张为 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期212-214,217,共4页
本文在分析、测试多晶硅高温压力传感器温度特性的基础上 ,提出了一种新的改善传感器温度特性的措施。通过在压力传感器芯片上集成低阻值的多晶硅电阻网络与温度传感器 ,不仅可以很好的补偿传感器的零点温漂 ,也可以借助传感器信号处理... 本文在分析、测试多晶硅高温压力传感器温度特性的基础上 ,提出了一种新的改善传感器温度特性的措施。通过在压力传感器芯片上集成低阻值的多晶硅电阻网络与温度传感器 ,不仅可以很好的补偿传感器的零点温漂 ,也可以借助传感器信号处理单元 ,方便地实现对灵敏度温度系数的补偿。经补偿 ,传感器的零点温漂达到 1× 10 -4/℃ ,灵敏度温漂小于 -2× 10 -4/℃。实验表明 :该方法的补偿温区宽 ,通用性强 。 展开更多
关键词 温度特性 多晶硅高温压力传感器 零位失调 灵敏度 温度补偿
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