无线、无源声表面波传感器

<正> 在传统的传感器阵列中,各个传感器之间是通过导线连接在一起的,阵列的输出也是用导线引出,这就限制了阵列传感器的应用。为此,提出了用多个无线、无源声表面波传感器构成阵列系统。     

差分负载式无线无源声表面波应变传感器研究

在用声表面波(SAW)传感器直接测量应变时,易受到环境温度的干扰,将不可避免地产生力温耦合效应。针对该问题,该文提出了一种新型的外接应变传感器负载,并采用了差分结构的无线无源SAW应变传感器设计方法。传感器采用双通道SAW反射型延迟线作为无线传感系统的应答器,其中一个通道外接力容性应变片作为外接负载传感器以感知应变量,另外一个通道则外接参考负载以差分抵消测试环境温度变化的影响。该文结合耦合模理论,仿真了负载容性应变传感器电容变化引起的SAW传感系统响应特性。最后通过实验验证了这种差分负载式SAW应变传感器的可行性与有效性。     

基于SAWR的无源无线混合传感器研究

匹配网络是无源无线声表面波(SAWR)混合传感器的重要组成部分.该文提出了一种改进的低失配网络,即采用2个电抗元件将SAWR匹配成等效RLC串联谐振电路,再用第三个电抗元件灵活改变谐振频率.该方法可保持谐振点为最佳匹配状态,获得稳定的低失配和高品质因数.文中对双谐振器结构的混合传感器进行了研究,对应容性传感元1～10 pF的变化范围,谐振器的差频变化为147 kHz,驻波比为1～1.02,品质因数与谐振器原值基本一致.     

非对称式双层LC谐振结构的无线无源柔性压力传感器设计

通过归纳LC谐振器的基本工作原理,分析双层非对称式LC谐振结构的互感耦合模型,提出了一种新式非对称式双层LC谐振结构的无线无源柔性压力传感器的设计方案。通过建立集总电路模型,用SPICE软件进行电路仿真分析验证该设计模型的可行性,并用HFSS软件电磁仿真对比该结构与单层LC结构以及双层对称式LC结构区别。结果表明,该设计利用双层非对称式LC结构的特定耦合方式,降低了初始谐振频率,增大了品质因子,相对灵敏度提高了6.6％。     

基于新型RFID的无线无源气体传感器研究

基于射频识别(RFID)的无线无源气体传感器通过敏感材料对RFID天线进行调制,从而实现气体敏感,但其存在只能定距离检测,检测距离短,实用性差等问题。该文提出了一种具有阻抗型负载接入、驱动和检测功能的新型RFID芯片,研制出一种基于新型RFID芯片的无线无源气体传感器,实现了对含磷有毒有害气体的无线无源检测,检测下限可达5×10^-6,检测距离可达1.6 m。结果表明,传感器检测精度不受距离变化的影响,从而展现出较好的应用前景。     

无源无线声表面波压力传感器研究

无源无线传感器可对快速移动或旋转等环境下的物体进行参数测量,具有无源无线等优势。为此,采用声表面波(SAW)技术和无线射频技术研究实现了一种结构简单的无源无线声表面压力传感器。基于CC1101无线射频模块实现对SAW压力传感器感知信息的无线接收。推导出CC1101射频收发模块的阻抗匹配网络的传递函数,通过MATLAB和Multism软件进行分析和仿真,确定了匹配网络的元件参数,使射频模块工作频率可调;设计并实现了传感器样机。试验结果表明,该无源无线SAW压力传感器具有精度高,稳定性好的特点,为其工程化提供了依据。     

基于SAW谐振器无源无线传感器编码方法研究

为简化声表面波(SAW)传感器的编码过程,提出了一种基于SAW谐振器的编码方法,通过多个不同中心谐振频率的SAW谐振器分别连接不同的负载阻抗进行传感器的编码。设计了传感器的具体结构,建立了传感器的等效电路模型,利用ADS仿真软件对中心谐振频率分别为868MHz和915MHz的2个SAW谐振器组成的传感器进行仿真,结果表明,SAW谐振器外接1pF与4pF的阻抗,其谐振频率差可达200³00kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75300kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75⁴0.2kHz,因此,SAW谐振器外接不同阻抗时谐振频率的差异明显,基于SAW谐振器与外接阻抗的传感器编码方法是可行的。     

阻抗型无线无源声表面波传感器的研究

介绍了一种新型的阻抗负载型无线无源传感器,该传感器由声表面波器件与作为负载的外接传感器构成,采用声表面波器件进行信号传输。在工作时,外接传感器阻抗值的变化使声表面波器件反射回波特性也得到改变,通过检测该回波特性的变化,实现无线无源传感。基于耦合模模型的分析方法,得出了其级联P矩阵形式。针对电阻型和电容型两种不同类型的负载,分别对传感器进行了仿真分析和实际测试。试验结果表明,当电容型传感器作为负载时,可以以相位作为探测基准。     

基于HTCC的无线无源LC位移传感器

位移传感器在工业、机械等领域具有重要的应用意义。提出了一种基于高温共烧陶瓷(HTCC)的无线无源LC位移传感器,通过传统的HTCC封装工艺以及共烧技术,将铂电子浆料集成于陶瓷基底上。传感器结构简单,易于制备且成本低廉。测试结果表明,传感器在0～30 mm的位移测试范围内响应良好,平均测试灵敏度为0.602 MHz/mm。传感器频率与位移呈现出良好的线性关系,线性度误差仅为3.09%。而且传感器重复性较好,在三次重复性实验中,最大测试绝对误差为0.038 9 MHz,最大相对测试误差为0.22%。此外,设计实验验证了传感器具有900℃高温下参数测试能力,并且可以在腐蚀性环境中实现信号提取。     

无线无源蓝宝石高温压力传感器的设计与性能测试

针对高温恶劣环境下对压力参数的测试需求,以单晶蓝宝石为原材料,对无线无源蓝宝石高温压力传感器进行了设计、工艺加工及性能测试,以压力膜片敏感原理为主要根据,结合不同的信号传输与提取方式。首先对 LC谐振式的无线无源蓝宝石高温压力传感器进行了设计,然后通过蓝宝石刻蚀、蓝宝石减薄、直接键合等3个关键工艺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,最后通过搭建的高温－压力复合测试系统对制备的无线无源蓝宝石高温压力传感器进行了高温环境下的性能测试。测试结果表明:制备的高温压力传感器能够实现600℃高 温环境下20ｋＰａ~600ｋＰａ范围内的压力测试,600℃ 下传感器的灵敏度与零点温度漂移系数可做到10.36ｋＨｚ/ｋＰａ和0.0276ＭＨｚ/ ℃。     

无线植入式连续眼内压检测微系统发展与展望

植入式眼压检测微系统是一种植入到眼内进行眼内压连续检测并通过电磁波传输到体外的微系统。根据该系统近些年的研究进展对该系统进行综述,介绍了该系统常采用的LC振荡结构和SoC结构的原理和发展历程,并对其主要技术指标和制作工艺以及存在问题进行论述;结合生物电磁效应、MEMS技术和集成电路技术等,综合分析了SoC系统的天线、电路系统和压力传感器等关键技术的发展现状、存在的问题和突破方向;对生物兼容性材料和植入位置等应用层面进行总结和展望;最后根据对该系统存在问题的总结,对该系统的发展趋势进行展望。     

压阻式MEMS压力传感器的原理与分析

本文介绍了一种压阻式MEMS压力传感器的工作原理,该装置由玻璃支座、单晶硅衬底及PZT薄膜构成,压阻薄膜连接组成惠斯登电桥,以取得更高的电压灵敏度和低温度敏感性。使用有限元分析软件ANSYS对单晶硅衬底的轴对称模型进行了仿真分析,以达到优化设计的目的。     

埋入式无线MEMS 应变片系数的标定

本文研究了一种埋入式MEMS（微电子机械系统）无线应变片性能的实验标定方法，通过引入一个当量应变片，遵照标准应变片的标定规定，本文设计了实用有效的实际标定步骤，分别对标准应变片和MEMS试样进行完全相同的拉伸实验，从而得到埋入MEMS应变片的应变片系数（灵敏度）为13，同时获得在实验试样的制作条件下，测量应变与实际应变之比为2。     

MEMS电容式压力传感器检测电路比较研究

介绍了MEMS电容式压力传感器检测电路的5种实现方式:脉宽调制法、运算放大器法、电荷注入法、调频法和AC运放法。并从稳定性、测量灵敏度及抗杂散性等方面介绍了不同方式下检测电路的优缺点,为MEMS电容式压力传感器提供了参考。     

硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题,并改善其可靠性和动态响应,提出在传感器原有结构上增加辅助传感器,构成组合敏感原理。利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值,可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制;可及时判断闭环系统失效;可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能。辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容,附加成本低。     

硅微机械谐振式压力传感器组合敏感原理

为解决硅微机械谐振式压力传感器的微弱信号检测问题，并改善其可靠性和动态响应，提出在传感器原有结构上增加辅助传感器，构成组合敏感原理。利用根据辅助传感器测量结果推算出的谐振频率近似值，可控制带通滤波器的中心频率以改善噪声抑制；可及时判断闭环系统失效；可在闭环系统失效状态下继续部分维持传感器的测量功能。辅助传感器的制造工艺与主传感器兼容，附加成本低。     

MEMS机油压力传感器可靠性研究

研究了封装工艺对传感器可靠性的影响。分析和实验结果表明,机油压力传感器封装材料及各个工艺步骤都会影响传感器的性能和可靠性。贴片胶性能不能满足可靠性要求,会引起传感器信号漂移和高温不稳定性;引线键合强度不够,在工作中会断裂;硅油化学稳定和耐温性能不够好,会造成传感器高温输出信号不稳定,硅油中的空气和杂质会造成传感器零点输出偏大,使传感器的精度下降等。     

MEMS机油压力传感器可靠性研究

研究了封装工艺对传感器可靠性的影响。分析和实验结果表明，机油压力传感器封装材料及各个工艺步骤都会影响传感器的性能和可靠性。贴片胶性能不能满足可靠性要求，会引起传感器信号漂移和高温不稳定性；引线键合强度不够，在工作中会断裂；硅油化学稳定和耐温性能不够好，会造成传感器高温输出信号不稳定，硅油中的空气和杂质会造成传感器零点输出偏大，使传感器的精度下降等。