- 项晓禹;孙鹏;刘伟涛;李浩然;张弛;刘军山;
为了在使用入耳式耳机进行日常活动时,可以通过监测耳内温度来评估健康状况,研制了一种柔性铂薄膜温度传感器。传感器的感温单元设计为蛇形结构,可以共形贴附于曲面。制备过程中,采用磁控溅射技术在已图形化的柔性基板表面沉积铂,省去光刻、显影等工艺,直接完成对铂薄膜的图形化。在25~45℃的温度范围内,传感器的电阻温度系数为0.002 8/℃,分辨率为0.1℃,能够满足体温测量对传感器性能的要求。将传感器集成至耳机耳塞上,并通过标定实验得到电阻-温度关系公式。研发了基于传感器的无线入耳式体温监测系统,结合手机应用程序(APP)进行实际体温测量。在36.3~36.7℃的温度范围内,对同一位使用者测温的平均误差为±0.058℃,表明该传感器能够准确获取耳内体温。
2023年09期 v.60;No.556 1429-1435页 [查看摘要][在线阅读][下载 1549K] [下载次数:652 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:3 ] |[阅读次数:0 ] - 吴嘉琦;赖丽燕;李以贵;
将悬臂梁结构与平行平板型结构相结合,研发了一种挠曲式静电驱动微电子机械系统(MEMS)微反射镜。为了实现大扭转角度、小驱动电压的设计目标,通过仿真实验进行对比分析,确定了微反射镜的相关尺寸。采用低压化学气相沉积、光刻、反应离子刻蚀和溅射等工艺,成功制备出了一种具有三层多晶硅结构的微反射镜。在制备过程中得出氢氟酸去除牺牲层(磷硅玻璃)释放出微反射镜结构的最佳刻蚀时间为45 s。制作了开关频率为200 kHz的MOSFET高速驱动电路,电路中的栅极驱动电阻(R_G)是影响输出的关键因素。实验结果表明,当R_G额定功率为300 W、电阻为47Ω时,微反射镜能够达到足够启动速度,实现高速开关的设计目标。最后,设计并搭建了微反射镜的测试系统,施加60 V的驱动电压进行测试,通过显微镜观察到微反射镜的明显动作变化以及屏幕上光斑的位移变化,表明制备的微反射镜可正常驱动。
2023年09期 v.60;No.556 1436-1444页 [查看摘要][在线阅读][下载 1909K] [下载次数:121 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ] - 吴晓芳;王晓雨;黄宝玉;李晓干;
为了提高碲化锡基传感器的气敏性能,通过水热法引入氧化锡相,合成了SnO_2/SnTe复合异质结材料。制备的SnO_2/SnTe复合纳米材料表现为特殊的层状结构,具有较高的比表面积,为气体分子的吸附提供了充足的活性位点。SnO_2/SnTe基传感器对氨气具有优越的传感性能,包括高响应度、低检测限(体积分数1×10~(-6))、高选择性和良好的重复性。在室温下,SnO_2/SnTe基传感器对体积分数3×10~(-5)的氨气响应为46%,响应/恢复时间分别为76 s/426 s。研究结果表明,基于SnO_2/SnTe复合材料的传感器能够有效地实现对氨气的室温检测。此外,结合表征结果进一步证明了传感器对氨气传感性能的增强主要归因于SnO_2/SnTe异质结的构建。
2023年09期 v.60;No.556 1445-1456页 [查看摘要][在线阅读][下载 2063K] [下载次数:413 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:1 ] |[阅读次数:0 ] - 许童杰;刘振华;蒋秀丽;刘永生;
采用不同内外径的304不锈钢管封装制作了I型光纤光栅温度传感器,温度灵敏度均达到20 pm/℃以上,是裸光纤光栅温度传感器的2倍以上,线性度优异,能够达到0.999 57以上。内外径为0.4、0.5 mm, 0.75、1 mm, 2、3 mm的不锈钢管封装的传感器的响应时间分别为21.2、32.3、104.3 s,响应时间随着不锈钢管的增厚而增加。薄壁管(内外径为0.4、0.5 mm)封装的光纤光栅温度传感器虽然响应时间短,但在温差为75℃的环境下波长存在异常下降的现象,这在一些应用场景中十分不利。利用ANSYS有限元仿真软件对不同内外径不锈钢管封装的光纤光栅温度传感器进行模拟,仿真得到响应时间与z轴形变量。仿真值与实验值进行比较可知,其误差较小,并且z轴形变量的变化也能较好地解释波长异常变化的原因。
2023年09期 v.60;No.556 1457-1463页 [查看摘要][在线阅读][下载 1293K] [下载次数:546 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:5 ] |[阅读次数:0 ] - 杨刚;王超;王丽芳;杜佳;
随着物联网技术的广泛应用,传统电源在使用时存在频繁更换或充电等问题,限制了可穿戴设备的发展。利用聚四氟乙烯(PTFE)和铝(Al)箔制备了接触-分离式摩擦纳米发电机(TENG),通过人体布设完成人体运动能量的采集,根据输出电信号的变化对人体运动姿态进行监测。此外,还设计了基于TENG的自供电跌倒检测系统,采用TENG进行人体能量收集,利用基于LTC3588芯片的能量管理电路实现电压转换,加速度传感器实现人体运动数据采集,最后通过串口传输至计算机显示。实测结果表明,该TENG的开路电压和短路电流分别为48 V和2.6μA,其结果验证了TENG具有输出电压高、电流低的特性。TENG作为自驱动传感器用于人体运动监测,在行走状态下输出电压最大值为63 V,在跑步状态下为116 V,在跳跃状态下达到130 V,根据输出特性可以准确判断人体当前运动状态。此外,对TENG的能量管理电路进行仿真和测试,结果表明其能够实现3.3 V稳压输出,可满足利用加速度传感器设计的跌倒检测系统的供电需求。
2023年09期 v.60;No.556 1464-1472页 [查看摘要][在线阅读][下载 1774K] [下载次数:361 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:3 ] |[阅读次数:1 ] - 涂孝军;石佑敏;范红梅;唐艳玲;李闯;
针对航空领域中使用温区宽、测量介质和工作环境温差大、全温区精度要求高等特殊应用要求,通过压力芯片中桥臂电阻在不同温度下的阻值变化实现介质温度测量,并将该温度作为传感器后端调理芯片补偿的温度输入,从而消除了后端调理芯片和前端微电子机械系统(MEMS)芯片之间的温度差。同时,采用国产数字调理芯片,通过多温度、多压力点校准,实现宽温区高精度压力测量。结果表明,在-55~125℃范围内,极限180℃的温度梯度条件下,测量精度达到0.42%FS。该补偿方法不仅提高了传感器全温区精度,而且简化了电路结构、提升了产品整体可靠性,具有较好的工程化应用前景。
2023年09期 v.60;No.556 1473-1480页 [查看摘要][在线阅读][下载 1337K] [下载次数:269 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:2 ] |[阅读次数:1 ]