一、惠斯通电桥灵敏度的探讨(论文文献综述)
白旭峰,杨艳丽,曲保平[1](2021)在《惠斯通电桥实验中的桥臂电阻确定分析》文中指出阐述惠斯通电桥的灵敏度对测量精度会产生直接的影响,探讨惠斯通电桥实验,针对桥臂电阻变化进行检验与分析,可以发现电桥灵敏度与桥臂电阻有直接关系。
谢晓璐[2](2021)在《带恒温控制与自校正功能的硅铝异质结构压力传感器测量系统研究》文中研究表明MEMS压阻式压力传感器是在气象探测和车联网等领域有着重要应用的前向通道接口。传统硅基压力传感器普遍具有低灵敏度、温度漂移和时间漂移等半导体器件固有的属性。本文提出的基于硅铝异质结构的MEMS压力传感器及带有恒温控制和自校正功能的配套测量系统可以一定程度上解决这些问题。首先,理论分析了硅铝异质结构的压阻放大效应,将掺杂硅压阻条宽度优化设计为20μm,采用SOI硅片为原料设计了一种带有两对应力敏感和温度参考硅铝异质结构的MEMS压力传感器芯片,同时将四个对称的L型凸起结构部分刻蚀在传感器器件层上,结合ANSYS有限元仿真验证了其应力增强效应。接着对传感器的温度特性、灵敏度和信噪比等特性进行了分析,确定了器件层的掺杂浓度,理论上明确了传感器结构设计的可靠性并根据该设计结果绘制了传感器芯片版图,采用标准MEMS工艺对传感器进行加工和制造,同时为其设计了一套恒温控制封装结构,采用热稳态分析验证了该恒温控制封装的合理性,在-20℃的环境温度下仅需要1.14W的热功率,为实际恒温控制系统的加热执行器能提供的最大电功率的44.7%,具有较好的实用可靠性。其次,完成了基于STM32的硅铝异质结构压力传感器的测量系统的电路设计和嵌入式软件设计,主要具有传感器信号调理与采集、恒温控制、传感器自校正和数据交互等功能。其中恒温控制算法采用目标温度值自适应变化的PID控制算法,自校正功能则采用AD5420可调电流源来模拟传感器的标定压力,在传感器发生一定时漂特性后更新传感器的输出特性。同时为了满足传感器智能化应用,在移植了Linux系统的Coretx-A8内核的嵌入式平台上采用QT编写了传感器的上位机界面。最后,搭建实验测试平台对传感器进行了实验分析。在测试压力最大至370k Pa的范围内,单个应力敏感硅铝异质结构在恒温系统控制下灵敏度可达到0.283m V/V/k Pa,并采用温度参考结构进行差分输出测量,传感器的热零点漂移系数从-6.92×10-1%FS/℃减小至-1.51×10-3%FS/℃,测量误差小于±1.49%FS,同时在传感器发生一定时漂特征后进行自校正操作测试,将传感器最大预测误差从6.1k Pa减小至5k Pa。本文从传感器器件设计和外围恒温控制系统的软硬件设计方面有效地提高灵敏度和补偿温度漂移特性,并且自校正功能也提高了传感器发生时漂后的测量精度,对优化压阻式压力传感器的综合性能有着一定的借鉴意义。
王颖[3](2021)在《基于MEMS技术单片集成三轴加速度传感器研究》文中研究指明针对物体空间加速度监测问题,本文给出一种采用MEMS技术制作的压阻式三轴加速度传感器基本结构,该三轴加速度传感器由一个C型硅杯、四个L型双梁、中间双梁和两个质量块构成。该三轴加速度传感器的敏感单元为12个分别分布在四个L型双梁和中间双梁上的压敏电阻,将12个压敏电阻分别连接形成x轴、y轴和z轴方向上的惠斯通电桥电路。在外加加速度的作用下,四个L型双梁和中间双梁发生弹性形变,产生应力集中,引起压敏电阻阻值变化,由压敏电阻构成的惠斯通电桥输出电压发生改变,可实现x轴、y轴和z轴三个方向的加速度测量。在此基础上,运用Ansys有限元仿真软件和Comsol仿真软件对三轴加速度传感器芯片的力学和电学特性进行仿真分析,分别研究传感器芯片尺寸对三轴加速度传感器共振频率和灵敏度等特性的影响,通过改变结构尺寸提高三个轴向测量灵敏度的一致性。基于MEMS技术在SOI晶圆上对三轴加速度传感器芯片进行制作,同时采用金丝超声波压焊完成芯片封装。采用标准振动台等测试仪器对封装完成的三轴加速度传感器进行特性测试。结果表明,在室温环境下,电源电压为5.0 V时,灵敏度一致性最高的芯片沿x轴、y轴和z轴分别为0.302 mV/g、0.235 mV/g和0.347 mV/g,同时最小的交叉干扰值为0.001 mV/g。
漆园园[4](2021)在《基于NEMS技术角度传感器制作工艺与特性研究》文中进行了进一步梳理随着人们对汽车实用性、安全性、机动性、环保性和经济性要求的不断提高,越来越多的角度传感器被应用到汽车领域。本文给出一种基于巨磁电阻(Giant Magnetoresistance,GMR)元件的角度传感器,通过巨磁电阻元件感应磁场的变化,将磁场变化转变为角度值变化以实现平面角度的测量。该角度传感器由传感器芯片、小磁铁(施加磁场)、定子(放置传感器芯片)、转子(放置小磁铁)和刻度盘(标识当前角度)等构成,其中角度传感器芯片基本结构主要由两个呈45°放置的惠斯通电桥构成,每个惠斯通电桥包括四个多层膜巨磁电阻,多层膜巨磁电阻由3部分组成,由下到上分别为衬底(Si O2/Si)、(Co/Cu/Co)n多层膜和顶电极(Al层)。采用集成电路版图设计软件L-Edit设计不同尺寸的角度传感器磁敏感单元版图,利用磁控溅射法在热氧化的高阻单晶硅衬底上制备(Co/Cu/Co)n多层膜,通过优化角度传感器磁敏感单元电阻条宽度、顶底电极制作位置和工艺参数,选取灵敏度高的磁敏感单元。在此基础上,利用NEMS技术完成单片式角度传感器芯片的制作,运用Altium Designer软件设计印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)版图,通过内引线超声压焊技术实现角度传感器芯片的封装,利用3D打印技术制作出转子、定子和刻度盘完成角度传感器的封装。在室温条件下,当恒定电压VDD=5.0 V时,采用高精度磁场发生器系统和旋转测试系统对角度传感器芯片进行磁特性测试和旋转特性标定。实验结果表明,该角度传感器可以实现0~180°的角度测量范围,且分辨率可以达到1°。
董力纲[5](2021)在《高精度多通道应变测量系统研究》文中研究表明应变测量系统是一种可以测量物体变形大小的数据采集系统,被广泛应用于飞机结构强度测试、弹箭结构健康监测、车辆结构强度试验、船舶结构健康评估、钢轨健康状态监测等领域。由于被测物体通常对应变十分敏感,超过规定的形变时,会造成重大的事故,所以提高应变测量精度是本论文的关键研究方向。本文针对基于电阻应变片的应变测量系统开展分析研究,进行了理论分析和电路设计,为应变测量领域提供了思路和参考,具有重要的研究意义和实用价值。本文主要研究内容如下:(1)研究了电阻应变片的基本原理,推导了惠斯通电桥的相关公式,针对应变测量系统的各项参数和性能,提出了基于模拟开关的大电阻自标定方案,通过高精度DAC控制仪表运放参考电压的方法,设计了自平衡方案;采用DAC产生高精度电压模拟源的思路,设计了系统自校准方案。此外,根据应变测量的实际要求,提出了桥路匹配、信号处理、桥路激励等方案,研究了影响测量精度的相关因素,并提出了相应解决办法。(2)对应变测量系统的关键技术进行了深入的研究和分析,首先使用仿真软件TinaTI和PSpice对自标定、自平衡、自校准、信号处理、桥路激励等电路进行建模,然后进行了交直流传输特性的仿真分析,最后对所设计电路进行了参数计算和推导。利用仿真和计算相结合的研究方式验证了电路的可行性。(3)搭建了应变测量系统的测试平台,制定了测试方案。首先对应变测量系统的传输线路补偿能力、自标定、自平衡、自校准等功能进行了测试,然后针对应变测量精度和电压测量精度进行了详细的测定,最后对测试结果进行了整理和分析。测试结果表明,本文设计的高精度多通道应变测量系统各项功能正常,达到了预期指标,具有工程实用价值。
张文君[6](2021)在《MEMS矢量型高分辨率海洋湍流传感器的设计与实现》文中指出进入21世纪以来,我国对海洋探索和开发的力度空前加强,相继提出了“建设海洋强国”、“21世纪海上丝绸之路”、“两洋一海”等国家海洋发展战略。其中,海洋环境监测作为认识海洋的重要途径,是一切海洋工作的前提与基础,其在海洋探索和开发方面占有举足轻重的地位。作为海洋环境监测的主要要素之一,湍流是海洋物质与能量输送的动力源泉,是理解海洋不同尺度现象与能量级串的关键。此外,有研究表明,湍流对海洋生态系统以及全球气候改变均有重要的影响作用。然而,湍流至今仍蒙着一层神秘的面纱,人们对于其形成、混合、耗散机理过程尚未明晰。诺贝尔物理学奖获得者费曼称它是经典物理学最后一个至今尚未解决的重大难题。因此,湍流研究已经成为国家迫切需要解决的重大应用基础课题。对于湍流传感器的研制已成为海洋观测仪器的核心研究方向之一。从上世纪六十年代发展至今,依次研发了热线仪、压电陶瓷探头等观测海洋湍流。然而,这些传感器均是一维标量传感,且探测空间分辨率低下,缺乏对微细结构矢量性湍流特征的观测能力,进而导致无法对湍流形成与耗散过程进行精细研究。针对此问题,提出并设计了一种基于MEMS技术和仿生原理的矢量型高分辨率湍流传感器。(1)提出了一种基于MEMS技术和仿生原理的矢量型高分辨率湍流传感器。传感器核心敏感单元采用纤毛-十字梁仿生微结构,纤毛用于感知外部湍流作用力,并将湍流作用力正交分解到相互垂直的十字梁上,通过提取梁上压敏电阻阻值的变化以解算出水平面内两正交方向上的矢量性湍流特征。(2)MEMS矢量型高分辨率湍流传感器有限元分析。通过仿真分析,得到了纤毛长度、半径,梁的长度、宽度、厚度以及方向纤毛基座边长对传感器性能的影响。综合考虑仿真结果以及实际加工难度,确定了敏感结构的最终尺寸参数。基于所设计的传感器,对其进行了稳态、模态、瞬态响应以及交叉灵敏度方面的仿真分析,以验证所设计结构应用于湍流观测的可行性。(3)MEMS矢量型高分辨率湍流传感器系统集成。介绍了仿生纤毛的制作以及十字梁芯片的加工工艺,并完成了纤毛与十字梁的二次集成。设计了传感器海洋环境适应性封装结构与前置信号处理电路。(4)MEMS矢量型高分辨率湍流传感器性能测试。在完成传感器的设计与制作后,对传感器进行了标定测试,标定结果表明纤毛式湍流传感器的灵敏度为目前商用PNS剪切探头的50倍左右;对传感器的海洋环境适应性系列测试表明所设计的传感器应用于海洋环境的可行性;矢量性测试实验验证了传感器在湍流探测中具有单点矢量、高点分辨率的优势。
齐秉楠[7](2021)在《基于硅纳米膜的MEMS矢量水听器微纳集成工艺研究》文中研究表明随着水下探测技术的发展,基于微机电系统(MEMS)的矢量水听器由于其具有微型化、制造成本低、可阵列化、可批量生产、易于集成等优点,逐渐成为水声研究的重点。但是传统纤毛式矢量水听器存在远距离声信号空间定位不精确、低频探测时灵敏度不高等问题。因此本文提出了一种基于硅纳米膜的MEMS矢量水听器,通过引入硅纳米膜代替原有方块电阻结构作为压敏单元,实现了压阻系数的提高,有利于提高水听器的探测灵敏度。采用半导体工艺将硅纤毛与二氧化硅十字梁进行集成化制备,提高了对准精度,解决了长久以来由于纤毛二次集成所带来的一致性误差。本文以纤毛式矢量水听器为基础,介绍了水声传播理论及水听器拾振原理。以压阻式MEMS矢量水听器为依据,介绍了水听器的检测与传感原理。通过表面耗尽机制对压阻效应进行了研究,并建立了巨压阻模型。通过对水听器力学模型进行理论分析,结合有限元仿真分析,优化了水听器的结构尺寸,完成了水听器的结构设计。通过静力学仿真和模态仿真,得出其理论上能够实现灵敏度的提高且具有更宽的工作频带,证明了方案的可行性。最后详细介绍了该方案的具体工艺流程及重点工艺步骤,完成了一体化矢量水听器的制备。通过扫描电子显微镜(SEM)进行形貌观测,得到悬臂梁长为2478),悬臂梁宽为1218),悬臂梁厚为3.38),与设计指标基本一致,验证了工艺设计的合理性。对压敏单元进行电阻测试,得到了线性度很高的I-V特性曲线,四个悬臂梁上的压敏电阻阻值均达到7000,说明其欧姆接触良好且一致性较好,符合矢量水听器的设计需求。同时测得硅纳米膜的压阻系数为3.12×10-9(6-1,相比于传统P型体硅([110]晶向)的压阻系数高出了4.35倍,而压阻系数的提升可以有效的提高水听器的灵敏度,进一步证实了该方案能够有效的优化水听器的性能。
张士强[8](2021)在《基于过采样和快速处理的传感器系统平台设计与实现》文中认为进入本世纪后,传感器的研究具有了新的特点,传统传感器开始实现数字化和智能化。基于过采样和快速处理技术,本文研究了传感器系统平台的设计与实现方案,并对传感器系统平台自身的基本性能进行了分析。在此基础上,本文分析了智能称重系统的相关技术指标,验证了传感器系统平台的实际应用效果。本文提出了基于过采样、比率测量和全桥斩波技术的数字化模块设计方案,并完成了印制电路板的设计,实现了高精度的信号调理和数据采集。除电源外,数字化模块主要包括全桥斩波模块、信号调理模块和模数转换模块。为了实现数字化模块和嵌入式微控制器之间的数据缓冲,本文研究了基于FPGA的数据缓冲逻辑的设计,完成了 RTL设计和行为级仿真工作。其SPI接口的设计根据实际需求完成,在满足A/D转换器和微控制器通信要求的同时更加节省逻辑资源。基于STM32F1系列微控制器和嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅲ,本文完成了软件系统的开发,设计了高内聚、低耦合的模块化用户任务。软件系统实现了系统标定、数据采集、数据预处理、数字滤波、数据计算和串口打印等功能。软件系统的任务同步采用信号量实现,任务间的数据传递使用消息队列实现。在斩波模式和400 SPS的A/D数据率配置下,系统整体数据率达到96 SPS。实验表明,软件系统运行良好,任务对数据流的处理速度能够和外部中断频率相匹配,软件系统的数字滤波功能可以有效地抑制噪声。本文使用桥式称重传感器和传感器系统平台实现了智能称重系统。通过实验,对智能称重系统的噪声水平、静态指标和综合误差进行了分析。实验表明,智能称重系统的综合误差为0.01756%F.S,零点输出为0.0077%F.S,均优于实验采用的桥式称重传感器的0.02%F.S原有指标。
卢鹏[9](2021)在《新型MEMS压阻式压力传感器的设计》文中提出MEMS压阻式压力传感器具有体积小、线性度高等特点在航空航天、汽车电子等领域具有广阔应用。随着航空航天等领域对高灵敏度、低非线性度MEMS压阻式压力传感器的需求增大,研制高性能的新型压力传感器十分必要,因此本文提出了一种新型的压力膜结构来实现MEMS压力传感器的高灵敏度与低非线性度。本文以MEMS压力膜为研究对象,以小挠度变形保证新型MEMS压力膜的线性度,采用惠斯通电桥为检测方法。论文的研究过程如下:首先对课题的研究现状进行调研。通过对MEMS压阻式压力传感器国内外的研究现状进行分析,总结已有的MEMS压阻压力传感器的压力膜结构及其结构特点,并介绍了传感器基于压阻效应的工作原理以及与压力膜结构设计的相关理论;其次进行新型压力膜的结构设计。通过在压力膜上设计出短窄梁结构来形成高应力集中区域以及将方形压力膜改为椭圆弧瓣状压力膜的方法来提高传感器的灵敏度,通过在压力膜的受压表面上边缘处设计出方岛结构以及在压力膜背面设计十字架梁结构来降低传感器的非线性度。并对新型压力膜在满量程压力下的力学性能进行初步的仿真分析,研究了新型压力膜上各部分结构对薄膜力学性能的影响;紧接着对新型压力膜结构的尺寸进行优化。建立了新型压力膜结构的各几何尺寸变量与其机械力学性能之间近似的数学关系式,在此基础上构建新型压力膜的优化模型,依据约束条件对新型压力膜结构进行尺寸优化;最后对新型压力膜结构的性能进行仿真分析。通过对新型压力膜的性能进行仿真计算出相应传感器的输出电压、灵敏度以及非线性度。并分析了新型压力膜结构的膜宽、膜厚对输出电压、灵敏度的影响。本文的主要工作在于设计出一种新型MEMS压力膜结构。通过与其它膜结构对比表明,本文提出的新型MEMS膜结构具有最大的薄膜应力来实现高灵敏度与较低的薄膜最大变形来保证高线性度。
陶仁婧[10](2021)在《磁多层膜各向异性磁电阻角度传感器研究》文中指出在目前信息时代高速发展和科技水平发展脚步加快的趋势下,磁场传感器给人类生活带来了便利,提高了生产力的效率,在现代生活发展上也起到了显着的推动作用。在众多传感器中,基于各向异性磁电阻(Anisotropic Magnetoresistance,AMR)的角度传感器是目前在磁性传感器中研究的热门,因为其具备较高灵敏度,能在恶劣环境下工作,集成度高且成本低等优势。随着传感器制备水平的提高,目前商业化NiFe单层膜各向异性磁电阻在传感器应用方面已经很难满足器件高效应与小型化同步优化的需求,而基于NiCo单层传感器的饱和磁场过大不能得以很好的应用到角度传感器上。本论文鉴于此,提出了利用NiFe薄膜饱和磁场小,NiCo材料各向异性磁电阻大的优势,开展了磁多层膜角度传感器研究,通过各膜层材料厚度比、周期数等对各向异性磁电阻大小、饱和场、磁滞等影响研究,实现了同时具备高灵敏度和低饱和场的角度传感器。具体研究内容如下:本文首先开展了不同NiFe、NiCo材料厚度比例对磁性能影响研究。采用磁控溅射法在Si基片上沉积Ta/NiFe(x)/NiCo(40-x)/Ta结构磁阻薄膜,通过NiFe及NiCo厚度系列化改变,基于AMR、磁滞回线及XRD测试,发现NiFe/NiCo磁多层结构在有较高的AMR效应前提下,还能有效地降低薄膜饱和场和矫顽场。当NiFe和NiCo厚度相等时,薄膜AMR效应最高可达2.3%,矫顽场和饱和场为4.6Oe和15Oe。后续研究中将NiFe和NiCo厚度相等作为膜层厚度的最佳比例。其次,在NiFe和NiCo厚度比例为1:1条件下,探究了不同周期数对多层膜性能的影响。实验制备了Ta/[NiFe/NiCo]n/Ta磁阻薄膜(n=1,2,4,6,8),通过AMR、磁滞回线、XRD和AFM图综合分析,发现在保证AMR较高的前提下,薄膜的矫顽场随着周期数的增加呈减小的趋势,在n=4时综合效果最优,这为实现低饱和场、大磁阻变化率的角度传感器奠定了材料基础。最后,研究中基于本文自研制的磁多层膜材料设计并制备了AMR角度传感器。探究了不同周期薄膜对传感器性能的影响,并基于传感器电压输出曲线对其角度误差、正交误差、拟合等进行了处理分析。基于[NiFe/NiCo]4多层膜角度传感器综合性能最佳,角度误差为±0.8°。通过与NiFe(40nm)及NiCo(40nm)角度传感器对比,采用磁多层膜制备的角度传感器其角度分辨率优于NiFe(40nm)单层膜角度传感器,且饱和场相当;而与NiCo(40nm)单层膜角度传感器相比,其饱和场从200Oe下降到125Oe,下降幅度达38%。因此,采用本研究所提出的磁多层结构,可实现各向异性传感单元整体体积的降低和性能的提升,满足目前高集成度、小尺寸、轻量化、低饱和场和高灵敏度角度传感器的发展需求。
二、惠斯通电桥灵敏度的探讨(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、惠斯通电桥灵敏度的探讨(论文提纲范文)
(1)惠斯通电桥实验中的桥臂电阻确定分析(论文提纲范文)
0 引言 |
1 惠斯通电桥的灵敏度 |
2 惠斯通电桥实验中桥臂电阻的确定方案 |
3 惠斯通电桥的桥臂电阻确定结果 |
4 案例分析 |
5 结语 |
(2)带恒温控制与自校正功能的硅铝异质结构压力传感器测量系统研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 MEMS压阻式压力传感器国内外发展现状 |
1.3 压力传感器补偿技术发展现状 |
1.3.1 温度漂移补偿技术发展现状 |
1.3.2 时间漂移补偿技术发展现状 |
1.4 本课题研究内容与章节安排 |
第二章 MEMS硅铝异质结构压力传感器理论分析与结构设计 |
2.1 MEMS压阻式压力传感器工作原理 |
2.1.1 传统硅基压阻传感器工作原理 |
2.1.2 硅铝异质结构传感机理 |
2.2 压力传感器基本特性 |
2.3 硅铝异质结构压力传感器结构设计 |
2.3.1 传感器器件层设计 |
2.3.2 传感器应变薄膜与硅杯设计 |
2.4 硅铝异质结构压力传感器有限元分析 |
2.4.1 传感器结构建模 |
2.4.2 应力分析 |
2.4.3 信噪比与灵敏度分析 |
2.4.4 温度分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 MEMS硅铝异质结构压力传感器制造工艺与封装设计 |
3.1 掩膜版图设计 |
3.2 硅铝异质结构压力传感器制造流程 |
3.2.1 传感器工艺流程 |
3.2.2 测试结构分析 |
3.3 传感器恒温封装设计与验证 |
3.3.1 恒温封装结构设计 |
3.3.2 恒温封装温度场仿真 |
3.4 本章小结 |
第四章 硅铝异质结构压力传感器测量系统硬件设计 |
4.1 测量系统硬件整体设计方案 |
4.2 模拟电路设计 |
4.2.1 模拟电源 |
4.2.2 传感器信号调理电路 |
4.2.3 信号采集电路 |
4.3 隔离电路设计 |
4.4 数字电路设计 |
4.4.1 数字电源 |
4.4.2 MCU最小系统 |
4.4.3 通信电路 |
4.5 恒温控制系统驱动电路设计 |
4.5.1 温度传感器电路 |
4.5.2 恒温控制系统电源 |
4.5.3 加热驱动电路 |
4.6 自校正功能电路设计 |
4.7 PCB layout设计 |
4.8 本章小结 |
第五章 硅铝异质结构压力传感器测量系统软件设计 |
5.1 测量系统总体软件设计方案 |
5.2 传感器数据采集电路驱动设计 |
5.3 恒温控制系统软件算法设计 |
5.3.1 环境温度传感器的读取接口设计 |
5.3.2 自适应优化目标值的PID算法 |
5.3.3 恒温控制算法软件设计 |
5.4 传感器自校正算法设计 |
5.4.1 可编程电流源电路驱动设计 |
5.4.2 自校正算法软件设计 |
5.5 数据通信模块软件设计 |
5.5.1 测量系统通信模块驱动设计 |
5.5.2 嵌入式上位机开发平台搭建 |
5.5.3 嵌入式端上位机GUI界面设计 |
5.6 本章小结 |
第六章 传感器测试平台搭建及结果分析 |
6.1 测试平台搭建 |
6.2 硅铝异质结构压力传感器特性测试 |
6.2.1 传感器静态特性测试 |
6.2.2 传感器温度特性测试 |
6.2.3 传感器动态特性测试 |
6.3 传感器温度补偿测试 |
6.3.1 恒温控制系统特性测试 |
6.3.2 传感器恒温控制下的输出特性 |
6.4 传感器时漂补偿测试 |
6.4.1 传感器时漂特性测试 |
6.4.2 自校正功能测试 |
6.5 测试结果对比与分析 |
6.6 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(3)基于MEMS技术单片集成三轴加速度传感器研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.1.1 三轴加速度传感器的研究目的 |
1.1.2 三轴加速度传感器的研究意义 |
1.2 三轴加速度传感器国内外研究现状 |
1.2.1 三轴加速度传感器的国内研究现状 |
1.2.2 三轴加速度传感器的国外研究现状 |
1.3 主要研究内容 |
第2章 三轴加速度传感器的基本结构及工作原理 |
2.1 三轴加速度传感器芯片基本结构 |
2.2 三轴加速传感器芯片的工作原理 |
2.2.1 芯片的敏感原理 |
2.2.2 三轴加速度传感器芯片x轴方向的工作原理 |
2.2.3 三轴加速度传感器芯片y轴方向的工作原理 |
2.2.4 三轴加速度传感器芯片z轴方向的工作原理 |
2.3 三轴加速传感器的灵敏度分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 三轴加速度传感器芯片特性仿真 |
3.1 三轴加速度传感器芯片的力学仿真 |
3.1.1 三轴加速度传感器的仿真模型构建 |
3.1.2 三轴加速度传感器的应力仿真分析 |
3.1.3 三轴加速度传感器的模态仿真分析 |
3.1.4 三轴加速度传感器的频响特性仿真分析 |
3.1.5 三轴加速度传感器的灵敏度一致性优化 |
3.2 三轴加速度传感器芯片的电学特性仿真 |
3.2.1 三轴加速度传感器芯片的敏感元件选取 |
3.2.2 三轴加速度传感器芯片的仿真模型构建 |
3.2.3 三轴加速度传感器芯片的灵敏度仿真 |
3.3 本章小结 |
第4章 三轴加速度传感器的芯片制作及封装 |
4.1 三轴加速度传感器芯片的版图 |
4.1.1 敏感单元版图 |
4.1.2 引线孔与互连线版图 |
4.1.3 弹性单元刻蚀版图 |
4.2 三轴加速度传感器芯片的工艺流程 |
4.3 三轴加速度传感器芯片的封装 |
4.4 本章小结 |
第5章 实验结果与讨论 |
5.1 三轴加速度传感器的测试系统搭建 |
5.2 三轴加速度传感器的特性测试 |
5.2.1 频响特性 |
5.2.2 灵敏度特性 |
5.2.3 线性度 |
5.2.4 迟滞 |
5.2.5 重复性 |
5.2.6 交叉干扰特性 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间取得学术成果 |
(4)基于NEMS技术角度传感器制作工艺与特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.1.1 研究目的 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 角度传感器国内外研究现状 |
1.2.1 电容式角度传感器 |
1.2.2 光栅式角度传感器 |
1.2.3 霍尔式角度传感器 |
1.2.4 磁阻式角度传感器 |
1.3 论文主要研究内容 |
第2章 角度传感器基本结构和工作原理 |
2.1 角度传感器的基本结构 |
2.2 角度传感器的工作原理 |
2.2.1 巨磁电阻效应 |
2.2.2 角度传感器芯片工作原理 |
2.2.3 角度传感器工作原理 |
2.3 本章小结 |
第3章 角度传感器磁敏感单元的制作与特性 |
3.1 角度传感器磁敏感单元的制作 |
3.1.1 薄膜材料的制备方法 |
3.1.2 磁敏感单元的设计与制作 |
3.2 角度传感器磁敏感单元特性 |
3.2.1 顶底电极对磁敏感单元磁特性的影响 |
3.2.2 循环层数对磁敏感单元磁特性的影响 |
3.2.3 非磁性层厚度对磁敏感单元磁特性的影响 |
3.2.4 角度传感器磁敏感单元磁特性 |
3.2.5 角度传感器磁敏感单元温度特性 |
3.3 本章小结 |
第4章 角度传感器的设计、制作及封装 |
4.1 角度传感器芯片的结构设计 |
4.2 角度传感器芯片的制作工艺 |
4.3 角度传感器芯片的封装工艺 |
4.4 角度传感器的封装工艺 |
4.5 本章小结 |
第5章 实验结果与讨论 |
5.1 角度传感器芯片特性测试系统搭建 |
5.2 角度传感器芯片的磁特性 |
5.3 角度传感器芯片的静态特性 |
5.4 角度传感器的特性标定 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间取得学术成果 |
(5)高精度多通道应变测量系统研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1.绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 本文研究内容 |
2.应变测量系统的基本原理 |
2.1 应变基本理论 |
2.2 电阻式应变片的相关介绍 |
2.2.1 应变片的工作原理 |
2.2.2 应变片的结构与种类 |
2.2.3 应变片的选型 |
2.3 惠斯通电桥相关理论 |
2.3.1 惠斯通电桥测量原理 |
2.3.2 电阻应变花测量原理 |
2.4 应变测量精度影响分析 |
2.4.1 温度漂移影响的分析与研究 |
2.4.2 应变电桥平衡影响的分析与研究 |
2.4.3 应变电桥标定影响的分析与研究 |
2.4.4 应变电桥匹配影响的分析与研究 |
2.4.5 桥路激励影响的分析与研究 |
2.5 本章小结 |
3.应变测量系统方案设计 |
3.1 应变测量系统总体硬件方案 |
3.2 应变测量系统硬件电路方案设计 |
3.2.1 桥路变换电路方案设计 |
3.2.2 信号放大电路方案设计 |
3.2.3 信号滤波电路方案设计 |
3.2.4 信号采集电路方案设计 |
3.2.5 电桥自平衡电路方案设计 |
3.2.6 系统自校准电路方案设计 |
3.2.7 系统温度补偿电路方案设计 |
3.2.8 电桥激励电路方案设计 |
3.2.9 系统电源电路方案设计 |
3.2.10 系统硬件电路总体电气方案 |
3.3 应变测量系统软件方案设计 |
3.3.1 单片机程序方案设计 |
3.3.2 FPGA程序方案设计 |
3.4 本章小结 |
4.应变测量系统关键技术研究 |
4.1 高精度信号处理电路设计 |
4.1.1 放大电路器件选型与优化分析 |
4.1.2 放大电路仿真与分析 |
4.1.3 滤波电路器件选型 |
4.1.4 滤波电路仿真与分析 |
4.2 高精度信号采集电路设计 |
4.2.1 高精度信号采集电路器件选型 |
4.2.2 高精度信号采集电路仿真与分析 |
4.3 桥路变换电路设计 |
4.4 自平衡电路设计 |
4.4.1 自平衡电路器件选型与优化分析 |
4.4.2 自平衡电路仿真与分析 |
4.5 自校准电路设计 |
4.5.1 自校准电路器件选型与优化分析 |
4.5.2 自校准电路仿真与分析 |
4.6 桥路激励电路设计 |
4.6.1 桥路激励电路的器件选型与优化分析 |
4.6.2 桥路激励电路仿真分析 |
4.7 多通道管理电路设计 |
4.7.1 ADC菊花链式数据管理电路 |
4.7.2 控制信号集中管理电路设计 |
4.8 应变测量系统电源设计 |
4.9 本章小结 |
5.系统测试与分析 |
5.1 应变测量系统测试平台搭建 |
5.2 应变测量系统测试方案 |
5.2.1 桥路激励电路的参数测定方案 |
5.2.2 自校准、电压测量精度测定方案 |
5.2.3 自标定、自平衡、测量精度测定方案 |
5.3 应变测量系统测试与分析 |
5.3.1 桥路激励电路测试结果整理及分析 |
5.3.2 自校准、电压测量精度测试结果整理及分析 |
5.3.3 自标定、自平衡、测量精度测试结果整理及分析 |
5.4 本章小结 |
6.总结与展望 |
6.1 论文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(6)MEMS矢量型高分辨率海洋湍流传感器的设计与实现(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1.绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 海洋湍流观测意义与需求 |
1.2.1 海洋湍流生成、混合、演化和耗散机理认知及预测 |
1.2.2 基于高分辨率、矢量性的微结构海洋湍流混合观测的需求 |
1.2.3 湍流混合观测对资源和气候的影响 |
1.3 湍流传感器国内外现状 |
1.4 本文研究内容 |
2.MEMS矢量型高分辨率海洋湍流传感器微结构设计 |
2.1 仿生机理 |
2.2 湍流传感器的仿生结构设计 |
2.2.1 仿生结构设计 |
2.2.2 桥式电路设计及原理 |
2.3 湍流传感器的工作原理 |
2.3.1 湍流动能耗散率敏感机理 |
2.3.2 矢量探测机理 |
2.4 本章小结 |
3.MEMS矢量型高分辨率海洋湍流传感器有限元分析 |
3.1 敏感结构参数对传感器性能影响 |
3.2 传感器性能仿真分析 |
3.2.1 传感器稳态仿真分析 |
3.2.2 传感器模态仿真分析 |
3.2.3 传感器瞬态仿真分析 |
3.2.4 双路交叉灵敏度分析 |
3.3 本章小结 |
4.MEMS矢量型高分辨率海洋湍流传感器系统集成 |
4.1 仿生纤毛的制作 |
4.2 传感器十字梁芯片加工工艺 |
4.2.1 十字梁芯片主要工艺流程设计 |
4.2.2 十字梁芯片版图设计 |
4.3 纤毛与十字梁芯片的二次粘接集成 |
4.4 传感器海洋环境适应性封装结构 |
4.4.1 整体封装结构 |
4.4.2 芯片电气绝缘、防腐蚀关键技术 |
4.4.3 传感器深海承压技术 |
4.5 前置信号处理电路设计 |
4.5.1 前置放大电路 |
4.5.2 前置滤波电路 |
4.5.3 电源稳压电路 |
4.6 本章小结 |
5.矢量型高分辨率海洋湍流传感器性能测试 |
5.1 传感器压敏电阻测试 |
5.2 传感器标定测试 |
5.3 传感器海洋环境适应性研究 |
5.3.1 传感器承压测试 |
5.3.2 传感器温度稳定性测试 |
5.3.3 传感器水流冲击可靠性测试 |
5.4 传感器矢量性测试 |
5.4.1 纤毛式传感器矢量性测试实验 |
5.4.2 矢量性结果准确性验证 |
5.5 传感器湖试 |
5.6 本章小结 |
6.结论与展望 |
6.1 论文创新点 |
6.2 工作总结 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(7)基于硅纳米膜的MEMS矢量水听器微纳集成工艺研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究的背景及意义 |
1.2 矢量水听器研究进展 |
1.2.1 国内外矢量水听器研究现状 |
1.2.2 纤毛式MEMS矢量水听器研究现状 |
1.3 硅纳米结构巨压阻效应研究进展 |
1.4 本课题主要研究内容 |
2 基于硅纳米膜MEMS矢量水听器的工作原理 |
2.1 基于硅纳米膜的MEMS矢量水听器的水声工作原理 |
2.1.1 MEMS矢量水听器仿生原理 |
2.1.2 水声信号传播理论基础 |
2.1.3 水声信号拾振原理 |
2.1.4 水声信号的检测及传感 |
2.2 巨压阻效应理论分析 |
2.2.1 压阻效应与压阻系数的研究 |
2.2.2 表面耗尽机制的分析与建模 |
2.3 本章小结 |
3 基于硅纳米膜MEMS矢量水听器的结构设计与仿真分析 |
3.1 MEMS矢量水听器微结构的设计 |
3.1.1 MEMS矢量水听器梁上应力分析 |
3.1.2 MEMS矢量水听器梁上固有频率分析 |
3.2 MEMS矢量水听器有限元仿真 |
3.2.1 静力学仿真分析 |
3.2.2 模态仿真分析 |
3.3 本章小结 |
4 基于硅纳米膜微纳集成矢量水听器的工艺制备及性能表征 |
4.1 基于硅纳膜MEMS矢量水听器的制备工艺流程 |
4.1.1 MEMS矢量水听器关键工艺验证 |
4.1.2 MEMS矢量水听器工艺流程设计 |
4.2 基于硅纳膜MEMS矢量水听器的版图设计 |
4.3 MEMS矢量水听器的工艺制备流程 |
4.4 基于硅纳膜MEMS矢量水听器的形貌观测 |
4.4.1 普通光学显微镜观测 |
4.4.2 扫描电子显微镜观测 |
4.5 硅纳米膜压敏单元的测试 |
4.5.1 硅纳米膜压阻测试 |
4.5.2 硅纳米膜压阻系数测试 |
4.6 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 工作总结 |
5.2 本文创新点 |
5.3 工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(8)基于过采样和快速处理的传感器系统平台设计与实现(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 传感器的发展趋势 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 系统平台架构和数字化模块 |
2.1 传感器系统平台架构 |
2.2 惠斯通电桥式称重传感器 |
2.2.1 电阻式应变片工作原理 |
2.2.2 惠斯通电桥式称重传感器 |
2.3 模拟传感器数字化基础电路 |
2.3.1 基础电路 |
2.3.2 性能分析 |
2.4 噪声控制与结构改进 |
2.4.1 比率测量技术 |
2.4.2 过采样技术 |
2.4.3 全桥斩波技术 |
2.5 数字化模块及其版图设计 |
2.5.1 系统模拟电源 |
2.5.2 信号调理模块 |
2.5.3 全桥斩波模块 |
2.5.4 模数转换模块 |
2.5.5 信号完整性问题 |
2.5.6 数字化模块的版图 |
2.6 表面贴装和故障排查 |
2.7 本章小节 |
第3章 数据缓冲逻辑设计 |
3.1 数字电路设计方法 |
3.1.1 寄存器传输级设计 |
3.1.2 有限状态机 |
3.1.3 逻辑综合技术 |
3.2 FPGA资源介绍 |
3.3 数据缓冲逻辑顶层框图 |
3.4 SPI通信接口的设计 |
3.4.1 SPI的工作模式 |
3.4.2 时钟分频器设计 |
3.4.3 SPI主机设计 |
3.5 数据的组织和存储 |
3.5.1 数据的组织方式 |
3.5.2 数据的存储方式 |
3.6 A/D控制模块设计 |
3.7 数据缓冲逻辑顶层设计 |
3.8 本章小节 |
第4章 嵌入式软件系统 |
4.1 软件系统的载体 |
4.1.1 嵌入式实时操作系统 |
4.1.2 CMSIS应用程序基本结构 |
4.1.3 STM32F103系列微控制器 |
4.2 主函数 |
4.3 用户任务和函数 |
4.3.1 后台初始化任务 |
4.3.2 硬件初始化任务 |
4.3.3 外部中断服务函数 |
4.3.4 定时器回调函数 |
4.3.5 读取桥式传感器任务 |
4.3.6 动态测量任务 |
4.3.7 静态测量任务 |
4.3.8 计算任务 |
4.3.9 串口打印任务 |
4.4 本章小节 |
第5章 基本性能分析 |
5.1 传感器系统平台性能分析 |
5.1.1 零输入下平台的噪声分析 |
5.1.2 200 mV输入下平台的噪声分析 |
5.2 智能称重系统性能分析 |
5.2.1 噪声分析 |
5.2.2 迟滞性和重复性 |
5.2.3 灵敏度 |
5.2.4 线性误差 |
5.2.5 综合误差 |
5.3 本章小节 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录1 正反行程输入-输出表 |
附录2 拟合偏差表 |
附录3 智能称重系统误差表 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(9)新型MEMS压阻式压力传感器的设计(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 MEMS压阻式压力传感器的国内外研究现状 |
1.3 本文关键问题及技术路线 |
1.4 本文研究内容 |
第二章 MEMS压阻式压力传感器的工作原理 |
2.1 MEMS压阻式压力传感器 |
2.1.1 MEMS压阻式压力传感器的工作原理 |
2.1.2 MEMS压阻式压力传感器的性能指标 |
2.2 MEMS压力膜结构设计的理论基础 |
2.2.1 半导体硅材料 |
2.2.2 压阻效应 |
2.2.3 压阻系数 |
2.3 惠斯通电桥 |
2.4 高应力集中区域机理的分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 MEMS新型压力膜结构设计 |
3.1 压力膜结构设计 |
3.1.1 压力膜片设计前提 |
3.1.2 新型压力膜的结构 |
3.2 新型压力膜性能初步仿真 |
3.2.1 新型压力膜有限元力学仿真模型的构建 |
3.2.2 新型压力膜性能初步仿真 |
3.3 四种设计方案的压力膜结构 |
3.3.1 四种设计方案的压力膜结构 |
3.3.2 四种设计方案的压力膜结构的力学性能对比 |
3.4 本章小结 |
第四章 数学建模及尺寸优化 |
4.1 数学建模的前提 |
4.2 数学建模 |
4.3 尺寸优化及优化结果 |
4.4 本章小结 |
第五章 新型压力膜结构的性能仿真及对比 |
5.1 新型压力膜结构的性能仿真 |
5.1.1 新型压力膜输出电压、灵敏度及非线性度的计算 |
5.1.2 新型压力膜的膜宽、膜厚对输出电压、灵敏度影响分析 |
5.2 新型压力膜与其它五种压力膜之间的性能对比 |
5.2.1 满量程压力下六种压力膜的应力分布 |
5.2.2 满量程压力下六种压力膜的挠度比较 |
5.2.3 压力对六种压力膜的输出电压的比较 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的成果 |
(10)磁多层膜各向异性磁电阻角度传感器研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 AMR薄膜的研究历史及角度传感器的研究现状 |
1.2.1 AMR薄膜的研究历史 |
1.2.2 角度传感器研究现状 |
1.3 角度传感器的应用 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第二章 AMR角度传感器的原理及测试与表征的方法 |
2.1 AMR的基本原理 |
2.2 角度传感器工作原理 |
2.3 薄膜制备方法 |
2.3.1 LS500 磁控溅射设备 |
2.3.2 光刻机原理及其使用步骤 |
2.4 测试分析方法 |
2.4.1 探针台测试系统 |
2.4.2 振动样品磁强计 |
2.4.3 X射线衍射仪 |
2.4.4 原子力显微镜 |
2.4.5 台阶仪 |
2.5 小结 |
第三章 NiFe/NiCo多层复合结构薄膜特性研究 |
3.1 NiFe/NiCo厚度比研究 |
3.2 不同周期[NiFe/NiCo]n多层膜特性研究 |
3.2.1 [NiFe/NiCo]n多层膜性能研究 |
3.2.2 退火对于[NiFe/NiCo]n多层膜性能的影响 |
3.3 小结 |
第四章 基于[NiFe/NiCo]n多层复合薄膜的角度传感器研究 |
4.1 薄膜磁阻条的设计 |
4.1.1 磁阻传感器的主要优化途径 |
4.1.2 实验光刻设计 |
4.2 角度传感器制备 |
4.3 测试结果分析与讨论 |
4.3.1 角度传感器测试分析方法 |
4.3.2 角度传感器测试结果分析 |
4.4 小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间取得的成果 |
四、惠斯通电桥灵敏度的探讨(论文参考文献)
- [1]惠斯通电桥实验中的桥臂电阻确定分析[J]. 白旭峰,杨艳丽,曲保平. 集成电路应用, 2021(12)
- [2]带恒温控制与自校正功能的硅铝异质结构压力传感器测量系统研究[D]. 谢晓璐. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [3]基于MEMS技术单片集成三轴加速度传感器研究[D]. 王颖. 黑龙江大学, 2021(09)
- [4]基于NEMS技术角度传感器制作工艺与特性研究[D]. 漆园园. 黑龙江大学, 2021(09)
- [5]高精度多通道应变测量系统研究[D]. 董力纲. 中北大学, 2021(09)
- [6]MEMS矢量型高分辨率海洋湍流传感器的设计与实现[D]. 张文君. 中北大学, 2021(09)
- [7]基于硅纳米膜的MEMS矢量水听器微纳集成工艺研究[D]. 齐秉楠. 中北大学, 2021(09)
- [8]基于过采样和快速处理的传感器系统平台设计与实现[D]. 张士强. 山东大学, 2021(12)
- [9]新型MEMS压阻式压力传感器的设计[D]. 卢鹏. 电子科技大学, 2021(01)
- [10]磁多层膜各向异性磁电阻角度传感器研究[D]. 陶仁婧. 电子科技大学, 2021(01)
标签:惠斯通电桥论文; 加速度传感器论文; 电阻应变式传感器论文; 角度传感器论文; 灵敏度分析论文;