采用MEMS技術(shù)研制壓電式結(jié)冰傳感器.pdf

1、結(jié)冰是廣泛存在于人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中的自然現(xiàn)象,同時這一現(xiàn)象也是很特殊的,因為它的出現(xiàn)總是與我們的安全息息相關(guān)。本文基于MEMS技術(shù)制作壓電式結(jié)冰傳感器,它有兩部分組成,分別是聚偏氟乙烯應(yīng)變片(PVDF)和硅杯式壓力傳感器。根據(jù)逆壓電原理,當(dāng)有外加電壓作用時,聚偏氟乙烯應(yīng)變片將發(fā)生應(yīng)變。硅杯式壓力傳感器是在硅片上先刻蝕出硅杯,然后在硅杯薄膜上制作四個MOSFET組成惠斯通橋路,當(dāng)受到壓力作用時,橋路失衡產(chǎn)生輸出電壓。在一定的外加電壓下,當(dāng)

2、PVDF壓電薄膜表面沒有冰層時,硅杯式壓力傳感器受到壓電薄膜壓力的輸出值只和溫度有關(guān)；當(dāng)PVDF薄膜表面存在冰層時,壓電薄膜的應(yīng)變發(fā)生變化,相應(yīng)地,硅杯式壓力傳感器的輸出電壓也發(fā)生改變。通過壓力傳感器輸出電壓的變化,實現(xiàn)對冰層厚度的測量。
　　 本文首先介紹了壓電式結(jié)冰傳感器基本工作原理,然后闡述了壓電式結(jié)冰傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作工藝。對硅杯式壓力傳感器的靜態(tài)特性、溫度特性進行實驗測試和分析。對壓電式結(jié)冰傳感器溫度特性和靜態(tài)特性

3、進行了測試,得到了線性度、重復(fù)性、靈敏度和溫度特性。當(dāng)溫度為-10℃、PVDF工作電壓為3V、硅杯壓力傳感器工作電壓為-3V,本文設(shè)計的壓電式結(jié)冰傳感器檢測冰層厚度范圍是0～8mm。壓電式結(jié)冰傳感器靈敏度為0.42mV／KPa,線性度為±3.90％F·S,重復(fù)性為±1.18％F·S,零點輸出的溫度系數(shù)為0.26％／℃,靈敏度的溫度系數(shù)為-0.38％／℃。實現(xiàn)了對冰層厚度的檢測目的。
　　 國內(nèi)外對于結(jié)冰傳感器的設(shè)計都是結(jié)構(gòu)式結(jié)冰