超高温LC温压集成传感器设计及其测量系统研究
发布时间：2021-04-15 12:15
在超高温环境下,温度压力测量对于航天航空飞行器和发动机的参数健康监测有着重要意义,HTCC基LC温压集成传感器面向高温高压环境设计而成,本课题组前期设计的双LC温压集成传感器可以工作在1100℃,压力范围为70120kPa。但温度与压力信号存在非线性问题,所以只能用查表法解算温度和压力;在高温下读取线圈被氧化,实验不可重复测量。传感器的后端测量系统依赖网络分析仪,阻碍传感器的工程应用。为了改善以上双LC温压集成传感器问题,本文设计了一种单LC温压集成传感器,利用丝网印刷的铂膜的热敏特性和电容器空腔受压形变的原理测量温度和压力,压力温度测到1200℃,压力测到250kPa。电感器和电容器在HTCC基底的两端,测试时电感器放置在常温区,电容器放置在高温区。这样既保护了读取线圈又减小了高温引起的读取线圈电阻和电感器寄生电容的变化对传感器信号的干扰。实验结果显示:传感器信号的线性度明显提高了。在一定范围内,幅值与温度呈现线性关系,幅值与压力也呈现线性关系,谐振频率与压力呈现线性关系,谐振频率也与温度呈现线性关系。温度压力的解耦算法为:通过平面拟合得出幅值和谐振频率关于温度...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HTCC基LC压力传感器（a）不同温度下的谐振频率的变化量和压力的响应（b）LC压力传感器实物（c）相对介电常数与温度的响应（d）传感器的尺寸
中北大学学位论文3图1-1HTCC基LC压力传感器（a）不同温度下的谐振频率的变化量和压力的响应（b）LC压力传感器实物（c）相对介电常数与温度的响应（d）传感器的尺寸Fig.1-1HTCC-basedLCpressuresensor(a)Responseofresonancefrequencyandpressureatdifferenttemperatures(b)PhysicalLCpressuresensor(c)Responseofrelativedielectricconstantandtemperature(d)Sensorsize图1-2LC压力传感器（a）LTCC基LC压力传感器（b）LTCC基LC压力传感器测试数据（c）HTCC基LC压力传感器（d）HTCC基LC压力传感器测量数据Fig.1-2LCpressuresensor(a)LTCC-basedLCpressuresensor(b)LTCC-basedLCpressuresensortestdata(c)HTCC-basedLCpressuresensor(d)HTCC-basedLCpressuresensortestdataLTCC和HTCC陶瓷基由于耐高温和易于加工制造的特性，是未来耐高温电路的发
中北大学学位论文4展方向。美国佐治亚理工学院MichaelA.Fonseca博士使用LC原理和LTCC/HTCC结合[35]，如图1-2所示，LTCC使用金浆料印刷，HTCC使用铂浆料印刷，制造出的LC压力传感器测试的压力达到5bar，LTCC基LC压力传感器温度做到400℃，HTCC基LC压力传感器温度做到600℃。由于有排气孔的存在更高的温度下会使其漏气的现象以及信号采用相位的输出方式致使高温下Q值下降得较快，无法提取峰值的谐振频率。图1-3LTCC温度压力集成传感器以及HTCC温度传感器Fig.1-3LTCCtemperatureandpressureintegratedsensorandHTCCtemperaturesensor中北大学熊继军团队多年来研究LTCC/HTCC基LC传感器，成功研制出无排气孔的牺牲层空腔制备方法，之后研制出多款LC压力传感器，又改进了测量方法，信号选用S11形式和询问线圈的单圈绕制提高了信号的Q值，适应更高的温度测试要求。最具代表性的LTCC和HTCC基的LC压力传感器[36]如图1-3所示。LTCC基LC温度压力集成传感器温度可以达到400℃，压力测到2bar。其中温度传感器可以对压力信号进行温度的算法补偿继而实现温度和压力的双参提龋HTCC基LC温度传感器可以测到1400℃，传感器采用单面的电感器结构，省去了平行板式的电容器的设计，通过内部的寄生电容作为敏感单元，很大程度上减少了传感器的结构。1.3.2双参LC传感器国内外研究现状
【参考文献】：
期刊论文
[1]矢量网络分析仪阻抗特性测量误差分析与验证[J]. 杜玮,年夫顺,梁胜利,王尊峰,杨保国,袁国平. 测控技术. 2019(05)
[2]Wireless contactless pressure measurement of an LC passive pressure sensor with a novel antenna for high-temperature applications[J]. 李晨,谭秋林,薛晨阳,张文栋,李运芝,熊继军. Chinese Physics B. 2015(04)
[3]电阻率的微观本质[J]. 苏万春. 广州航海高等专科学校学报. 1999(02)
[4]纯金属电阻率的统计模型[J]. 王矜奉,张德恒,钟维烈,韩汝琦. 大学物理. 1995(12)
博士论文
[1]多端口矢量网络分析仪校准技术研究[D]. 赵伟.南京航空航天大学 2011
本文编号：3139319
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HTCC基LC压力传感器（a）不同温度下的谐振频率的变化量和压力的响应（b）LC压力传感器实物（c）相对介电常数与温度的响应（d）传感器的尺寸
中北大学学位论文3图1-1HTCC基LC压力传感器（a）不同温度下的谐振频率的变化量和压力的响应（b）LC压力传感器实物（c）相对介电常数与温度的响应（d）传感器的尺寸Fig.1-1HTCC-basedLCpressuresensor(a)Responseofresonancefrequencyandpressureatdifferenttemperatures(b)PhysicalLCpressuresensor(c)Responseofrelativedielectricconstantandtemperature(d)Sensorsize图1-2LC压力传感器（a）LTCC基LC压力传感器（b）LTCC基LC压力传感器测试数据（c）HTCC基LC压力传感器（d）HTCC基LC压力传感器测量数据Fig.1-2LCpressuresensor(a)LTCC-basedLCpressuresensor(b)LTCC-basedLCpressuresensortestdata(c)HTCC-basedLCpressuresensor(d)HTCC-basedLCpressuresensortestdataLTCC和HTCC陶瓷基由于耐高温和易于加工制造的特性，是未来耐高温电路的发
中北大学学位论文4展方向。美国佐治亚理工学院MichaelA.Fonseca博士使用LC原理和LTCC/HTCC结合[35]，如图1-2所示，LTCC使用金浆料印刷，HTCC使用铂浆料印刷，制造出的LC压力传感器测试的压力达到5bar，LTCC基LC压力传感器温度做到400℃，HTCC基LC压力传感器温度做到600℃。由于有排气孔的存在更高的温度下会使其漏气的现象以及信号采用相位的输出方式致使高温下Q值下降得较快，无法提取峰值的谐振频率。图1-3LTCC温度压力集成传感器以及HTCC温度传感器Fig.1-3LTCCtemperatureandpressureintegratedsensorandHTCCtemperaturesensor中北大学熊继军团队多年来研究LTCC/HTCC基LC传感器，成功研制出无排气孔的牺牲层空腔制备方法，之后研制出多款LC压力传感器，又改进了测量方法，信号选用S11形式和询问线圈的单圈绕制提高了信号的Q值，适应更高的温度测试要求。最具代表性的LTCC和HTCC基的LC压力传感器[36]如图1-3所示。LTCC基LC温度压力集成传感器温度可以达到400℃，压力测到2bar。其中温度传感器可以对压力信号进行温度的算法补偿继而实现温度和压力的双参提龋HTCC基LC温度传感器可以测到1400℃，传感器采用单面的电感器结构，省去了平行板式的电容器的设计，通过内部的寄生电容作为敏感单元，很大程度上减少了传感器的结构。1.3.2双参LC传感器国内外研究现状
【参考文献】：
期刊论文
[1]矢量网络分析仪阻抗特性测量误差分析与验证[J]. 杜玮,年夫顺,梁胜利,王尊峰,杨保国,袁国平. 测控技术. 2019(05)
[2]Wireless contactless pressure measurement of an LC passive pressure sensor with a novel antenna for high-temperature applications[J]. 李晨,谭秋林,薛晨阳,张文栋,李运芝,熊继军. Chinese Physics B. 2015(04)
[3]电阻率的微观本质[J]. 苏万春. 广州航海高等专科学校学报. 1999(02)
[4]纯金属电阻率的统计模型[J]. 王矜奉,张德恒,钟维烈,韩汝琦. 大学物理. 1995(12)
博士论文
[1]多端口矢量网络分析仪校准技术研究[D]. 赵伟.南京航空航天大学 2011
本文编号：3139319
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3139319.html
