北京交通大學教學課件—敏感器件設計(編輯修改稿)
2025-03-20 15:13 本頁面
【文章內容簡介】 用技術、時分網絡技術、頻分網絡技術。 ? 統(tǒng) 包括液位類光纖傳感器系統(tǒng)、溫度類光纖柜位計、應變類光纖傳感器系統(tǒng)、電力系統(tǒng)多參數檢測、工業(yè)系統(tǒng)生產過程參數在線監(jiān)測及其它方面的光纖傳感器。 ? (四 )薄膜敏感元件的薄膜結構及生產工藝。產品一致性達 60%以上。 ? (五 )敏感元件特殊焊接工藝 ? 焊的研究開發(fā)。要求焊縫強度不破壞、不泄漏、抗壓力≥60MPa,焊接氣密性漏氣率≤1 10 4Pacm3／ S； 2.內引線焊接工藝 ,解決金絲球焊的二次焊接技術，金絲球焊抗斷強度 ≥20g。 ? (六 )光纖傳感關鍵技術 ? 技術 四、經濟、社會效益和市場前景 ? 敏感元件和傳感器是信息產業(yè)的重要基礎元件。傳感器的應用將推動石油化工、冶金、建材、電力等國民經濟重要部門高技術的發(fā)展，具有巨大的社合效益。敏感元件及傳感器廣泛用于計算機開關電源、彩色顯示器、程控交換機和通信機、汽車、工業(yè)自動化、農業(yè)現代化和國防工程，并大量用于彩電、空調、冰箱測溫控溫及電路溫度補償馬達啟動保護、過熱保護等。年產 3000萬只 PTC和 lOOO萬只 NTC， 可創(chuàng)經濟效益超億元。預計今后五年增長率超過 10％，中國和東南亞市場年增長率可達 20％。我國有近百萬座大、中型油罐及十余萬壓力容器液體檢測，僅急需的十幾萬套光纖傳感器，產值達 20余億元，鐵道油罐車光纖裝油自動計量系統(tǒng)，需要量達 10億元以上。另外，煤氣光纖相位計，應變光纖傳感器、光纖閥位回訊器等廣泛用于冶金、化工、 醫(yī)藥、食品等部門，將有數億元的市場潛力。市場前景看好。 微執(zhí)行部件 ? 微執(zhí)行器：微馬達、微齒輪、微泵、微閥門、微開關、微噴射器、微揚聲器、微諧振器等 ? 微型構件：微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等 ? 微機械光學器件：微鏡陣列、微光掃描器、微光閥、微斬光器、微干涉儀、微光開關、微可變焦透鏡、微外腔激光器、光編碼器等 敏感器件設計 電子信息工程學院 2022， 5， 9 敏感器件設計 ? 敏感元件材料 ? 壓力傳感器 ? 物位傳感器 力敏傳感器和力敏元件 ? 力敏傳感器的種類甚多，傳統(tǒng)的測量方法是利用彈性材料 (絲、箔 薄膜 )的形變和位移來表示。隨著微電子技術的發(fā)展，利用半導體材料的壓阻效應（即對其某一方向施加壓力，其電阻率就發(fā)生變化）和良好的彈性，已經研制出體積小、重量輕、靈敏度高的力敏傳感器，廣泛用于壓力、加速度等物理力學量的測量。 薄膜敏感元件 ? 薄膜結構及生產工藝 – 金屬絲、金屬箔 – 壓阻片 – 壓電晶體、壓電陶瓷。 壓阻片 ? 電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。設有一個金屬電阻絲，其長度為 L，橫截面是半徑為 r的圓形，其面積記作 S，其電阻率記作 ρ，這種材料的泊松系數是 μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為 R： ? R = ρL/S（ Ω） 壓阻片 ? 對式 （ 21） 求全微分 ， 即求出電阻絲伸長后 ， 他的電阻值改變了多少 。 我們有： ? ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 ? 用式 （ 21） 去除式 （ 22） 得到 ? ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S ? 另外 ， 我們知道導線的橫截面積 S = πr2， 則 Δs = 2πr*Δr， 所以 壓阻片 ? ΔS/S = 2Δr/r （ 2—4） ? 從材料力學我們知道 ? Δr/r = μΔL/L （ 2—5） ? 其中 ， 負號表示伸長時 ， 半徑方向是縮小的 。μ是表示材料橫向效應泊松系數 。 把式 （ 2—4） （ 2—5） 代入 （ 23） ， 有 ? ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L ? =（ 1 + 2μ（ Δρ/ρ） /（ ΔL/L）） *ΔL/L ? = K *ΔL/L （ 26） ? 其中 ? K = 1 + 2μ +（ Δρ/ρ） /（ ΔL/L） （ ２ ７ ） 壓阻片 ? 式 （ 26）） 說明了電阻應變片的電阻變化率（ 電阻相對變化 ） 和電阻絲伸長率 （ 長度相對變化 ） 之間的關系 。 ? 需要說明的是：靈敏度系數 K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質決定的一個常數 ， 它和應變片的形狀 、 尺寸大小無關 ， 不同的材料的 K值一般在 —；其次 K值是一個無因次量 ， 即它沒有量綱 。 ? 在材料力學中 ΔL/L稱作為應變 ， 記作 ε， 用它來表示彈性往往顯得太大 ， 很不方便 壓阻片 ? 常常把它的百萬分之一作為單位 ， 記作με。 這樣 ， 式 （ ２ ６ ） 常寫作： ? ΔR/R = Kε (2—8) 壓電晶體 壓力式物位傳感器 ? 一般采用半導體膜盒結構 ， 利用金屬片承受液體壓力 ． 通過封入的硅油導壓傳遞給半導體應變片進行液位的測量 。 由于固態(tài)壓力傳感器 （ 壓阻電橋式 ） 性能的提高和微處理技術的發(fā)展 ， 壓力式物位傳感器的應用愈來愈廣 。 近年來 ． 已經研制出了體積小 、 溫度范圍寬 、 可靠性好 、 精度高的壓力式物位傳感器 ， 同時 ， 其應用范圍也不斷地拓寬 。 電容式物位傳感器 ? l、 電容式物位傳感器有兩個導體電極 （ 通常把容器壁作為一個電極 ） ， 由于電極間是氣體 、流體或固體而導致靜電容的變化 ， 因此可以敏感物位
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