多鐵納米纖維的E+E壓力傳感器研究
壓電式E+E壓力傳感器是MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)器件中應(yīng)用廣泛的一類,其敏感材料多為塊體和薄膜。與塊體和薄膜相比,懸空的多鐵納米復(fù)合纖維具有很大的長(zhǎng)徑比,可以將由壓電效應(yīng)引起的位移放大,從而有可能提高傳感器性能。

多鐵納米纖維的E+E壓力傳感器研究
本設(shè)計(jì)在于提供一種高精度校準(zhǔn)測(cè)試E+E壓力傳感器裝置及其生產(chǎn)校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái),通過該裝置可以準(zhǔn)確的校準(zhǔn)測(cè)試E+E壓力傳感器,同時(shí)在校準(zhǔn)測(cè)試時(shí)*可采用全自動(dòng)形式,快捷高效。裝置包括E+E壓力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境箱、精密壓力控制儀、pxi-gipb控制卡、高精度電源模塊、高速模擬信號(hào)采集模塊、條形碼掃描器和服務(wù)器。面向高精度E+E壓力傳感器生產(chǎn)的智能校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)主要包含四部分:測(cè)試生產(chǎn)過程自動(dòng)化設(shè)備、校準(zhǔn)及測(cè)試儀器、基于PXI總線的智能儀器和高精度E+E壓力傳感器溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)算法及測(cè)試軟件。對(duì)多鐵納米纖維E+E壓力傳感器進(jìn)行理論分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過對(duì)MEMS加工工藝的研究,設(shè)計(jì)多鐵納米纖維E+E壓力傳感器的制備工藝流程,并加工制作出此傳感器樣片。首先,基于多鐵納米纖維設(shè)計(jì)出一種MEMS壓電式E+E壓力傳感器。運(yùn)用相關(guān)知識(shí)分析傳感器的工作原理,并設(shè)計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸。同時(shí)比較分析不同結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)傳感器輸出電壓的影響,以提高傳感器性能。其次,根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論計(jì)算,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室具體條件,研究多鐵納米纖維的制備工藝與微加工工藝,在溶膠—凝膠法制備前驅(qū)體溶液的前提下利用靜電紡絲技術(shù)制備多鐵納米纖維,并使其與MEMS技術(shù)制作的金屬叉指電極及空腔硅基體很好的結(jié)合,在此基礎(chǔ)上完成加工工藝流程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了由軋機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作條件決定的傳感器結(jié)構(gòu),并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定(壓力范圍為0～5.88×105N),得到了傳感器彈性元件的線性度,并采用有限元法對(duì)其線性度進(jìn)行分析。利用有限元法不僅可以得到彈性元件應(yīng)變隨壓力變化的分布特性,確定zui大應(yīng)力區(qū)的位置,還可以通過考慮zui大應(yīng)變及應(yīng)力集中,確定帖片位置,預(yù)測(cè)用實(shí)驗(yàn)儀器無法測(cè)試的壓力范圍(0～2.45×106N)內(nèi)應(yīng)變隨應(yīng)力的變化趨勢(shì)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行比較,并對(duì)曲線趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的E+E壓力傳感器線性度好,能滿足使用要求。

多鐵納米纖維的E+E壓力傳感器研究
zui后,按照工藝流程設(shè)計(jì)制作傳感器樣片,通過調(diào)整和改進(jìn)以上的工藝步驟,對(duì)多鐵納米纖維的制備及傳感器性能改進(jìn)進(jìn)行研究。對(duì)影響實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的因素進(jìn)行分析和討論,zui終完成基于多鐵納米纖維E+E壓力傳感器的制作并對(duì)多鐵納米纖維及傳感器樣片進(jìn)行測(cè)試與分析。