光电子器件封装的压力传感检测技术研究

发布时间：2017-08-01 04:19

  本文关键词：光电子器件封装的压力传感检测技术研究

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【摘要】：光电子器件封装中,耦合界面上微小的偏移是影响光电子性能的关键因素之一。由于其封装中存在阵列波导芯片与光纤之间间隙难以控制、接触时无法感知力大小的问题,导致光电子器件耦合间距不稳定甚至发生损伤性碰撞,从而使得器件成品率低、性能一致性差。本文以传感器结构设计与微小信号检测为研究对象,通过应用传感器技术完成阵列波导芯片与光纤之间接触力以及产生位移的大小的检测分析,最终实现通过测得的信号给自动化装置一个合理的调整结果,使得封装效率得以提高。针对光电子器件封装中存在的这些问题,提出了一种新型电阻式微力/微位移传感器,以此来实现阵列光纤组件和阵列波导芯片之间微小位移的检测。首先,本文研究分析了悬臂梁结构的力、位移与应变之间的对应关系,在悬臂梁基础上设计出新型传感器主体结构模型,推导出微力、微位移与应变的理论关系式,并采用ANSYS有限元分析法确定传感器结构参数。此传感器能够很好地实现对力与位移同时检测的目的,其优点主要体现在:一方面对小位移进行放大后再检测,减少直接检测带来的误差,提高精确度;另一方面实现了最大位移与最大应变重合,使得在相同力作用下均值应变值最大化,提高其检测的灵敏度。其次,针对本文提出的传感器结构的微小信号检测设计了一种放大电路,该电路通过ICL7660芯片把单电源供电转换为双电源供电,而后采用高精度的AD620仪表放大器简化的放大电路设计,并通过Multisim仿真软件得到理论结果。最后,本文对设计的新型传感器进行了大量的对比性实验,实验结果表明新型传感器具有良好的线性度、迟滞性、重复性等特点,对微力能够达到很好地测量效果,也间接的说明了传感器能够检测微小位移。
【关键词】：光电子器件 微力/微位移传感器 结构设计 ANSYS有限元仿真 放大电路
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN05
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 论文研究的背景及意义11-13
• 1.2 力/位移传感器的研究现状13-15
• 1.2.1 力传感器的研究现状13-14
• 1.2.2 位移传感器的研究现状14-15
• 1.3 本文的主要内容及章节安排15-18
• 第二章 应变式电阻传感器的工作原理18-31
• 2.1 弹性敏感元件18-20
• 2.2 电阻应变片的工作原理20-29
• 2.2.1 电阻应变片的分类及选取20-23
• 2.2.2 电阻应变片原理23-25
• 2.2.3 电阻应变片的测量电路25-28
• 2.2.4 电阻应变片温度误差与其补偿28-29
• 2.3 ANSYS有限元分析29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 传感器的结构设计与仿真分析31-48
• 3.1 新型传感器的结构设计和分析31-33
• 3.2 3D几何模型的建立与材料的选取33-34
• 3.3 网格划分及应变值数据处理方法34-35
• 3.4 传感器结构的对比分析35-44
• 3.4.1 正圆弧形弹性铰链厚度对检测单元的影响36-38
• 3.4.2 弹性薄片对检测单元的影响38-42
• 3.4.3 施力点位置对载荷检测单元的影响42-44
• 3.5 传感器结构应变片贴片位置的确定44-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 传感器电路设计与实验分析48-66
• 4.1 传感器硬件电路设计48-58
• 4.1.1 稳压电源的选择与设计49-50
• 4.1.2 调零电路设计50-52
• 4.1.3 前置放大电路设计52-54
• 4.1.4 滤波电路及次级放大电路设计54-58
• 4.2 传感器实验数据处理及分析58-65
• 4.2.1 传感器的标定58
• 4.2.2 实验平台搭建58-60
• 4.2.3 实验数据采集与结果分析60-64
• 4.2.4 实验误差来源分析64-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-69
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间的主要成果73-75
• 致谢75

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本文编号：602473