摘要：为提高红外甲烷传感器的精度,对气室结构、电路和数据处理进行了优化设计。通过实验和光学仿真对红外气体传感器气室结构进行了重新优化设计,确定了最佳尺寸;采用三级差动放大电路设计滤除噪声;在数据处理的算法上,选用二次插值查表法来拟合方程处理数据等一系列举措设计出新的红外甲烷传感器。在甲烷浓度为0%~3%的体积分数段内对传感器进行随机测试,新传感器的反应时间能够控制在20 s以内,探测器灵敏度得到提高,测量误差控制在±0.04%。与国内外相似的产品相比,优化的传感器在高灵敏度、测量误差和反应时间上都达到了较高水平。

摘要：通过红外热释电探测器工作原理的分析,采用合适的半导体加工工艺将铌酸锂晶体母材减薄,并对减薄后铌酸锂晶片进行溅射、镀膜将其制成红外敏感单元。选用CMOS放大器与匹配的电阻、电容组成前置放大电路,对热释电信号进行放大和转换;根据红外光谱吸收原理,在敏感单元前封装了窄带滤光片从而提高了敏感单元选择吸收的性能。将敏感单元、前置放大电路和窄带滤波片三部分封装在一个壳体内,红外探测器制作成功。设计了信号调理电路,对从探测器得到的热释电信号进行二次放大和滤波;搭建了探测器响应测试系统,对探测器的性能进行测试,测试验证了该探测器设计的合理性。

摘要：为满足HEMT微加速度计的高结构灵敏度和输出灵敏度的要求,对微加速度计的弹性结构进行了优化设计,得到一种全新的微加速度计折梁结构。利用ANSYS有限元分析软件对加速度计原结构和新结构进行仿真,通过计算和分析比较,结果表明:优化后加速度计结构合理,满足设计目标,新结构的结构灵敏度提高了1个数量级,输出灵敏度比之前增大了3倍。

摘要：针对爆炸性气体环境这种特殊的作业环境,基于红外光学气体检测原理,根据国家标准要求对红外甲烷报警仪进行本质安全的改进设计,其中主要包括依据国标要求对电路进行设计,防爆电池的选择以及隔爆外壳的设计,使其满足井下工作的要求.详细介绍了红外甲烷报警仪的工作原理、报警仪的气室结构等.红外甲烷报警仪的整体设计具有高安全性、便携式、低功率、低电压等特性,而且本质安全的设计给煤矿安全生产上了双保险,是一种安全可行的设计方案.

摘要：紫外光离子化气体传感器主要用于复杂环境污染综合快速评价,它测量精度高,响应快速,越来越受到人们的重视。在研究过程中发现,高量程传感器检测有毒有害气体的检出限过高,不能适应低浓度有毒有害气体环境的检测。本文基于模拟开关芯片CD4052B设计了量程自动转换机制,既满足了高量程性能要求,又具备低检出限性能,以简单、易操作的方法解决了高量程与低检出限的兼容问题。

摘要：运用光学传输矩阵和有限元方法对波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSELs)的波长调谐范围进行了研究.对中心波长为980nm的可调谐VCSELs的波长调谐特性和微电子机械系统(MEMS)悬臂梁结构进行了设计,并进行了实验研究.结果表明,MEMS可调谐VCSELs调谐特性同时受到光波谐振腔结构和悬臂梁最大位移的共同影响.在悬臂梁几何尺寸和激光器有源区结构一定的条件下,通过优化可调谐VCSELs的牺牲层厚度可实现大范围波长调谐.同时,对可调谐VCSELs整体结构进行了设计,计算结果显示波长调谐范围达到30nm以上,调谐效率达到0.12,调谐过程中所有激射波长都处在InGaAs/GaAs量子阱高增益区.

摘要：针对采用反射式气室的红外甲烷传感器测量误差较大的问题,基于红外光谱吸收原理,利用非分光探测技术设计了一种新型直射式气室。该气室采用硅半导体片状红外光源、双通道红外探测器及一定长度的气室中腔,选用GaF2作为光源及探测器的视窗材料,搭配外部电路实现对CH4体积分数的监测。0～2.5%CH4体积分数范围内的测试结果表明,采用直射式气室的红外甲烷传感器最大测量误差仅为±0.05%。

摘要：绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器可在高温(高于125℃)下工作。通常情况下构成惠斯通电桥的电阻单独处于压力敏感区,以提高其灵敏度,但在其工作期间压力传感器器件区电阻重掺区与金属引线连接处存在一定高度差,在加压加电高温环境下此处热应力变大,金属引线因过热而出现金属引线断裂或失效,无法满足高温需求。在此基础上研究了一种硅引线技术,使其与压敏电阻处于同一高度层,金属引线平铺在硅引线上端,经退火后形成良好的欧姆接触。实验测试表明,该方案能使压力传感器在300℃高温环境下正常工作,金属引线与电阻区连接完好,传感器敏感区应力降低接近50%,且优化后传感器灵敏度符合设计要求。

摘要：基于4H-SiC设计了一种开槽四梁式的压阻式加速度计,通过分析开槽位置、开槽大小对传感器灵敏度及固有频率的影响确定了开槽的相关参数,并对该结构采用有限元方法进行了热-力耦合仿真,确定了该结构在不同温度场下施加不同载荷时的理论电压输出。研究结果表明:该结构相较于传统双端四梁结构输出灵敏度提升51.4%,固有频率仅下降14.2%,在ANSYS 600℃的稳态温度场环境下,传感器输入载荷与输出电压成线性关系,理论满量程输出为39.71 mV。

摘要：微机电系统(MEMS)红外热电堆是光谱仪、气体传感器、远程温度传感器等现代信息探测系统的核心工作器件,较高的表面利用率和响应度以及更简易的制备工艺将是未来该类器件制造技术的发展趋势。分别采用热偶条双端对称排布、取消红外吸收区、扩大冷端欧姆接触面积、支撑膜边缘开通绝热槽、充分发挥氮化硅钝化与红外吸收双功能作用等设计理念,对热偶条温差分布进行优化,研究热电堆性能的变化规律。采用ANSYS Workbench有限元分析软件对器件进行仿真发现:当传感器设计尺寸为1.5 mm×1.5 mm×0.3 mm,有效面积为1.21 mm^(2),绝热槽为1.1 mm×20μm时,双端开槽的热电堆探测器在具备更低制备成本的同时表现出最优性能。通过与普通双端热电堆性能进行仿真对比,发现绝热槽的引入使得探测器输出电压提升88.5%。这为未来温度传感器的设计制造提供了新颖的思路。