水下多功能深度传感器的研制与实验研究

摘要

该水下多功能深度传感器由膜片式开关和电子式深度传感器两部分构成，通过一体化融合设计，实现线性模拟信号输出、无源开关和电子开关的功能，满足了控制系统的测量要求，航行器刚入水时，供电系统断开，随着航行器在水中的下沉，机械压力开关感受到水深参数，达到15米水深时，机械式开关触点闭合，电源开启，压力传感器开始供电，将水深信号传输给控制系统。本文针对某入水航行器的工作环境特点，介绍了该传感器的工作原理，确定设计方案、对结构参数、电路处理、工艺实施进行了研究和详细设计，并按照系统提出的性能和环境要求，根据相关标准进行了试验并对结果进行分析。
　　根据半导体单晶硅材料特性，通过公式推导，对硅压阻效应原理进行了描述，从SOI基片的选择入手，结合敏感芯片的应力分析结果，对硅杯的结构进行设计，对敏感电阻进行设计，确定设计结构尺寸和阻值，并对掺杂类型和浓度进行分析和设计，采用ANSYS有限元分析软件对结构参数进行验证和优化设计分析。
　　信号处理是保证性能指标满足要求的关键，温度补偿电路从温度漂移产生的原因、温度补偿条件分析、桥路电压温度补偿技术、桥路电阻匹配温度补偿技术四个方面进行了研究，确定了行的补偿解决方案；调理电路设计过程中，对关键元器件性能进行了分析，对放大调理电路进行详细设计，完成针对电子元器件的可靠性设计。
　　膜片式开关的设计从膜片应变原理入手，分析了膜片的工作特性和材料，对等效平膜片方法理论进行研究，为确定膜片型面参数提供理论指导，结合实际使用要求对触点材料进行了分析，研究了波纹膜片的制作工艺，实现了压力开关抗过载能力和高稳定的测量要求。
　　最后，通过试验验证了该水下深度传感器具有稳定性好，灵敏度高、可靠性高、使用温度范围宽、耐冲击、振动能力强等优点，能够满足水下深度信号的可靠测量。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3课题背景及研制的目的和意义

1.4本文研究的主要内容

第2章 多功能传感器工作原理及方案设计

2.1引言

2.2压力传感器工作原理

2.3膜片式开关工作原理

2.4传感器总体设计

2.5本章小结

第3章 多功能传感器详细设计

3.1引言

3.2硅杯设计

3.3压敏电阻设计

3.4敏感元件结构参数优化设计

3.5方形应力膜版图[39]

3.6芯体波纹膜片的设计

3.7 膜片式开关设计

3.8结构可靠性校验

3.9 本章小结

第4章 多功能传感器的电路设计

4.1引言

4.2温度补偿电路设计[43]

4.3温度补偿分析

4.4调理电路设计

4.5电路可靠性设计

4.6本章小结

第5章 多功能传感器工艺研究

5.1引言

5.2工艺流程

5.3静电键合控制

5.4各向异性腐蚀工艺控制[50-51]

5.5注油工艺控制

5.6波纹膜片制作工艺

5.7本章小结

第6章 多功能传感器测试及试验研究

6.1引言

6.2压力传感器特性指标

6.3传感器的测试方案

6.4测试结果

6.5测试结果分析

6.6本章小结

结论

参考文献

致谢

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