基于纳米多晶硅薄膜压力传感器汽车胎压监测系统研究

发布时间：2017-10-04 04:31

  本文关键词：基于纳米多晶硅薄膜压力传感器汽车胎压监测系统研究

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【摘要】：本文采用微电子机械加工技术(MEMS)和低压化学气相沉积(LPCVD)方法在100晶向单晶硅SiO2层上设计、制作胎压传感器,该结构由方形硅膜和纳米多晶硅薄膜电阻构成的惠斯通电桥组成,以四个纳米多晶硅薄膜电阻作为胎压传感器压敏电阻,分别设计在方形硅膜边缘最大应力区。当轮胎压力施加到硅膜上时,硅膜发生弹性形变,纳米多晶硅薄膜电阻阻值发生改变,惠斯通电桥输出电压发生变化,可实现对轮胎压力的检测。在此基础上,本文结合轮胎压力量程测试要求,采用MEMS技术和LPCVD方法进行纳米多晶硅薄膜电阻胎压传感器芯片制作和封装,芯片尺寸为5×5mm~2。通过静态特性测试,实验结果给出,当V_(DD)=5.0V时,胎压传感器的线性度为0.239%F.S.,重复性为0.103%F.S.,迟滞性为0.115%F.S.,准确度为0.284%F.S.,灵敏度为0.117 mV/kPa,在-20℃~80℃温度范围,胎压传感器灵敏度温度系数为-0.106%/℃。根据本文制作的胎压传感器静态特性测试结果,分别设计轮胎压力监测模块和无线接收模块,与胎压传感器共同组成的胎压监测系统,轮胎压力监测模块通过胎压传感器采集轮胎压力,结合胎压传感器温度漂移进行温度补偿,并以无线方法将数据信息发送给无线接收模块,接收模块收到信息后,对其进行处理和显示,并对胎压高于或者低于标准胎压情况下,及时发出胎压报警信息。在此基础上,完成胎压监测系统的设计、制作、测试和调试。实验结果表明,本文设计、制作基于纳米多晶硅薄膜胎压传感器汽车胎压监测系统,有良好的稳定性和温度特性,可以实现对胎压的检测和无线传输功能。
【关键词】：纳米多晶硅薄膜压敏电阻 MEMS技术 LPCVD方法 胎压传感器 胎压监测
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212;TP274
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 多晶硅压力传感器研究现状10-14
• 1.1.1 多晶硅压力传感器国内研究现状10-13
• 1.1.2 多晶硅压力传感器国外研究现状13-14
• 1.2 胎压传感器国内外研究现状14-17
• 1.2.1 胎压传感器国内研究现状14-17
• 1.2.2 胎压传感器国外研究现状17
• 1.3 胎压监测系统国内外研究现状17-21
• 1.3.1 胎压监测系统国内研究现状17-19
• 1.3.2 胎压监测系统国外研究现状19-21
• 1.4 研究目的和研究意义21-22
• 1.4.1 研究目的21
• 1.4.2 研究意义21-22
• 1.5 论文主要研究内容22-23
• 第2章 纳米多晶硅薄膜胎压传感器基本结构与工作原理23-29
• 2.1 纳米多晶硅薄膜胎压传感器基本结构23-24
• 2.2 纳米多晶硅薄膜胎压传感器工作原理24-28
• 2.2.1 压阻系数24-25
• 2.2.2 应变因子25-27
• 2.2.3 工作原理27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 纳米多晶硅薄膜胎压传感器芯片设计、制作与特性29-44
• 3.1 纳米多晶硅薄膜胎压传感器设计29-35
• 3.1.1 硅杯结构设计29-30
• 3.1.2 压敏电阻分布位置设计30-35
• 3.2 纳米多晶硅薄膜胎压传感器制作35-37
• 3.2.1 纳米多晶硅薄膜胎压传感器制作工艺35-36
• 3.2.2 纳米多晶硅薄膜胎压传感器芯片封装36-37
• 3.3 纳米多晶硅薄膜胎压传感器静态特性37-43
• 3.3.1 线性度37-39
• 3.3.2 重复性39-40
• 3.3.3 迟滞40
• 3.3.4 准确度40-41
• 3.3.5 灵敏度41-42
• 3.3.6 纳米多晶硅薄膜胎压传感器温度特性42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 胎压监测系统设计与仿真44-56
• 4.1 系统总体方案设计44-47
• 4.1.1 系统总体工作流程44-45
• 4.1.2 电路原理图45-47
• 4.2 胎压监测系统各功能模块电路设计47-52
• 4.2.1 放大电路设计47-48
• 4.2.2 模数转换电路设计48-49
• 4.2.3 温度测量电路设计49-50
• 4.2.4 单片机外围电路设计50
• 4.2.5 液晶显示电路设计50-51
• 4.2.6 无线模块电路设计51-52
• 4.2.7 电源电路设计52
• 4.3 胎压监测系统电路仿真52-55
• 4.3.1 放大电路仿真53
• 4.3.2 胎压检测端电路仿真53-54
• 4.3.3 无线模块接收端电路仿真54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 胎压监测系统实验结果分析和讨论56-66
• 5.1 胎压监测系统测试装置56
• 5.2 胎压监测系统电路制作56-58
• 5.3 胎压监测系统调试58-65
• 5.3.1 胎压监测系统校准58-62
• 5.3.2 胎压监测系统温度补偿62-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-73
• 附录73-86
• 致谢86

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本文编号：968657