面向灵巧蒙皮的微型压力传感器的设计与分析

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MEMS器件具有重量轻、体积小和功耗低等优点,可以很好地满足航空飞行器的要求,而将基于MEMS的微型传感器集成用于检测飞行器蒙皮的相关参数,已经成为航空领域发展的主要方向之一。本文将以面向灵巧蒙皮的微型压力传感器为对象展开研究。 首先,根据空气流动的基本规律给出机翼表面压力分布图,通过对光学式微型压力传感器的理论分析,采用强度调制法测量飞机机翼表面的压力并建立基于此方法的光学测量系统模型,得到了压力与敏感膜片变形以及光电转换输出能量之间的关系。 其次,本文对一种传统的法布里一帕罗标准具型光纤压力传感器(该传感器阵列的每一单元均由单晶硅制造而成的法布里一怕罗标准具组成)进行了结构设计和性能分析。通过改进敏感元件结构,提高了其性能,从而得到适用于灵巧蒙皮表面压力测量应用的器件阵列:在此基础上,本文提出了一种新型的微型压力传感器结构,该结构采用的敏感膜片以氮化硅为材料,厚度较薄,因此该膜片的变形适用于薄膜变形理论的分析,忽略了弯曲应力的影响,从而提高了传感器的灵敏度。 最后,针对敏感膜片的变形和应力进行了理论分析以及计算,并通过有限元仿真加以验证,结果表明传感器的设计达到预定的性能要求。 这种基于光学强度调制测量法的传感器阵列具有精度高、抗电磁干扰、尺寸小、耗能低等优点。
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