探空仪温度传感器的封装与测试

发布时间：2017-10-20 17:34

  本文关键词：探空仪温度传感器的封装与测试

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【摘要】：长期以来,人们致力于大气探测设备的研究。迄今为止,无线电探空仪已经成为重要的气象观测设备之一。常见的探空仪大气探测高度为10km至30km甚至更高。高空大气中,湿度检测范围从0%RH(相对湿度)到100%RH。气压检测范围从1080hPa(百帕)到10hPa甚至更低。温度检测范围从40℃到-90℃甚至更低。国外探空仪技术已经非常成熟,而国内技术相对落后。进口探空仪价格昂贵,且国内气象监测所需探空仪数量巨大,所以有必要研发具有自主产权的探空仪。本论文主要研究探空仪温度传感器及其封装结构,解决高空恶劣环境温度测量问题,设计相关测试电路。本文研究工作主要包括以下方面：本文设计的温度传感器为薄膜式铂电阻温度传感器。温度传感器被设计成折弯形,减小了芯片面积,缩短了温度响应时间。采用半导体制作工艺完成芯片制备。薄膜式铂电阻温度传感器具有测温线性度好,热响应时间短,可重复测量,制作工艺简单等优点。本文着重于探空仪温度传感器的封装研究。采用传统的电路封装工艺完成基于PCB基座的芯片封装,实现了温度传感器的机械保护和电学连接。当探空仪温度传感器用于高空探测时,会面临太阳辐射带来的显著测温误差。本文采用涂覆反辐射涂层削弱了太阳辐射的影响。调研发现,诸多的金属本身具有较强的反辐射能力。为了满足反辐射波段宽,反射率高,实用性条件,最终选择铝金属作为本论文的反辐射材料,并研究了相关制备工艺。文中反射涂层的制作方法有磁控溅射金属铝和蘸涂铝银浆两种方式。采用磁控溅射铝膜时,设置合适的溅射参数,以此保证铝膜反辐射率达到最高。实验中,溅射铝膜的反射效果好。蘸涂铝银浆方法的关键在于配制出具有高反射率的铝银浆。本文中,铝银浆的配制材料为铝银粉,松香水以及光漆。通过实验对比发现,当三者质量比为1：3：2时,制得的铝膜具有最高的反辐射率。蘸涂铝银浆制得的铝膜反射效果相比于溅射铝膜有所下降,但是其制作成本低,易于批量制备。这两种方法具有各自的优缺点。本文设计了探空仪温度传感器测试系统。硬件上,采用DA和AD实现传感器的激励和输出,C51单片机完成信息采集、数据处理以及通信。软件上,使用单片机C语言完成信号处理、数据标定、数据传输等功能。通过测试,给出温度传感器性能。探空仪温度传感器的测温误差在±0.3℃以内,热响应时间小于1s,具有较好的长期重复性和可靠性,反辐射涂层能够消除绝大多数的辐射影响,使得测量精度大幅度上升。
【关键词】：探空仪 铂电阻 太阳辐射 测试
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P414;TP212.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 探空仪及探空仪温度传感器简介9-13
• 1.2 研究内容与设计指标13-14
• 1.2.1 研究内容13-14
• 1.2.2 设计指标14
• 1.3 论文组织结构14-15
• 第二章 温度传感器相关技术研究现状15-27
• 2.1 温度传感器15-21
• 2.1.1 传统的温度传感器15-19
• 2.1.2 MEMS温度传感器现状19-21
• 2.2 温度传感器封装21-25
• 2.2.1 常见温度传感器封装21-23
• 2.2.2 探空仪温度传感器封装23-25
• 2.3 本章小结25-27
• 第三章 探空仪温度传感器的结构设计及封装27-39
• 3.1 探空仪温度传感器结构设计27-29
• 3.1.1 温度传感器结构设计27-28
• 3.1.2 温度传感器的工艺实现28-29
• 3.2 探空仪温度传感器的封装流程29-30
• 3.3 反辐射涂层工艺研究30-38
• 3.3.1 太阳辐射影响31-32
• 3.3.2 膜材料的选择32-34
• 3.3.3 涂层工艺的实现34-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 温度传感器测试电路的软硬件实现39-53
• 4.1 硬件电路系统设计39-43
• 4.1.1 C8051F350型单片机40-41
• 4.1.2 电源模块41
• 4.1.3 液晶输出模块41-42
• 4.1.4 系统PCB版图的绘制42-43
• 4.2 软件系统的设计43-52
• 4.2.1 D/A模块控制43-45
• 4.2.2 A/D模块控制45-48
• 4.2.3 SMBus通信模块48-51
• 4.2.4 液晶显示模块控制51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 探空仪温度传感器性能测试53-65
• 5.1 静态特性测试53-57
• 5.1.1 测试系统搭建53-54
• 5.1.2 特性测试54-57
• 5.2 动态特性测试57-59
• 5.2.1 测试系统搭建57-58
• 5.2.2 响应时间测试58-59
• 5.3 反辐射涂层效果测试59-63
• 5.3.1 测试系统搭建59-61
• 5.3.2 反辐射涂层效果测试与对比61-63
• 5.4 本章小结63-65
• 第六章 总结65-67
• 6.1 总结65
• 6.2 存在问题及改进65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-73
• 作者简介73

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本文编号：1068462