1 中电科芯片技术(集团)有限公司,重庆 400060
2 中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
3 重庆城市管理职业学院 大数据与信息产业学院,重庆 400030
针对微机电系统(MEMS)压阻式压力传感器受环境温度影响产生温度漂移的问题，该文分析了常用的温度补偿方法，提出了一种基于粒子群优化-径向基函数(PSO-RBF)的压力传感器温度补偿模型，结合标定实验采集的样本数据，建立了标定压力同敏感元件输出电压和温度的非线性映射关系，实现了温度补偿效果。结果表明，与传统的最小二乘法、三次样条插值法、标准RBF、粒子群优化反向传输神经网络(PSO-BP)、核极限学习机(ELM)神经网络等方法相比，该算法具有更好的补偿预测效果，且对样本数据不需要归一化处理，具有良好的工程实践意义。
微机电系统(MEMS) 压阻式压力传感器 温度补偿 归一化 micro-electro-mechanical system(MEMS) piezoresistive pressure sensor PSO-RBF PSO-RBF temperature compensation normalization
1 国网浙江省电力有限公司 宁波供电公司, 浙江 宁波 315012
2 宁波送变电建设有限公司, 浙江 宁波 315000
3 宁波送变电建设有限公司 运维分公司, 浙江 宁波 315032
4 南京元感微电子有限公司, 南京 211100
为了改善微弱压力传感器的灵敏度, 利用微结构来产生压阻效应的方法, 制备出一种性能优异的压力传感器。研究了三种不同结构的石墨烯压力传感器, 并设计和研究了石墨烯压力传感器的版图结构、工艺制备流程和材料表征。最后, 对三种不同结构的石墨烯压力传感器进行了灵敏度测试。实验结果表明, 网状结构的石墨烯压力传感器具有较高的灵敏度, 在低压强下(0~200 Pa)的灵敏度可达到0303 kPa-1, 最低可检测到245 Pa的压强。该网状结构的石墨烯压力传感器是一种可以感知微弱压力变化的高性能压力传感器。
石墨烯 压力传感器 网状结构 灵敏度 graphene, pressure sensor, mesh structure, sensiti
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院， 南京 210023
为了保证在低成本、易制备的前提下提高激光诱导石墨烯压力传感器的性能，设计了一种石墨烯压力传感器的放大结构。表征了激光诱导石墨烯压力传感器的表面结构，分析了表面多孔泡沫结构对压阻效应的影响，采用COMSOL软件对传感器放大结构的受力情况进行仿真分析，得到在外界压力下石墨烯层的受力情况。选用3D打印方法制备树脂材料放大结构基底，在低成本的同时兼顾了轻质、高精度、高机械强度等性能。测试结果表明，压强在5~20 kPa范围内时，该放大结构的灵敏度较无放大结构提高了约43%。
激光诱导石墨烯 石墨烯 压阻效应 放大结构 压力传感器 laser induced graphene(LIG) graphene piezoresistive effect amplification structure pressure sensor
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室, 南京 210023
应用日益广泛的可穿戴设备要求其中的传感器件可拉伸、可弯曲，因此柔性传感器已受到人们的重视。文章对柔性压力传感器的微结构、材料、制备工艺等方面进行了综述，重点总结了现阶段柔性传感器所采用的各种结构，比较了天然微结构、仿生表面微结构、多孔结构、多级结构、多层结构柔性压力传感器的重要性能。介绍了目前常用的柔性基底材料和导电活性材料，对比了光刻技术、3D打印等制造工艺的优缺点，对柔性压力传感器的未来研究方向进行了展望。文章对相关柔性器件的研究具有较高的理论价值和工程参考意义。
柔性压力传感器 微结构 柔性基底材料 3D打印 flexible pressure sensor microstructure flexible substrate material 3D printing
中北大学 仪器与电子学院 省部共建动态测试技术国家重点实验室， 山西 太原 030051
结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及**工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高，传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小，导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元，并对Sagnac环的感压部分进行封装，通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0~2.4MPa内，压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa，分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器，其压力灵敏度放大了16.7倍。此外，传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点，为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。
保偏光子晶体光纤 萨格纳克干涉 游标效应 光纤压力传感器 polarization-maintaining photonic crystal fiber sagnac interference vernier effect fiber optic pressure sensor
山东大学信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
提出了一种基于非对称马赫-曾德尔干涉（AMZI）和3D打印立体光刻树脂模块的大量程压力传感器，分析了传感器的特性，推导的公式表明传感器的灵敏度与单臂长度成正比，与衍射阶数成反比。在设计中，高灵敏度通过小的衍射级实现，AMZI压力传感器采用平面光波技术制造，压力块采用树脂（DM11）3D打印，测试灵敏度为0.3047 nm/MPa。
马赫-曾德尔干涉 压力传感器 大范围 高灵敏度 集成光学 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1923001
光学 精密工程
2023, 31(11): 1652
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronic Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
3 Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
Ionic gels can be potentially used in wearable devices owing to their high humidity resistance and non-volatility. However, the applicability of existing ionic gel pressure sensors is limited by their low sensitivity. Therefore, it is very important to develop an ionic gel pressure sensor with high sensitivity and a wide pressure detection range without sacrificing mechanical stretchability and self-healing ability. Herein, we report an effective strategy for developing pressure sensors based on ionic gel composites consisting of high-molecular-weight polymers, ionic liquids, and Au nanoparticles. The resulting capacitive pressure sensors exhibit high pressure sensitivity, fast response, and excellent self-healing properties. The sensors composed of highly hydrophobic polymers and ionic liquids can be used to track underwater movements, demonstrating broad application prospects in human motion state monitoring and underwater mechanical operations.Ionic gels can be potentially used in wearable devices owing to their high humidity resistance and non-volatility. However, the applicability of existing ionic gel pressure sensors is limited by their low sensitivity. Therefore, it is very important to develop an ionic gel pressure sensor with high sensitivity and a wide pressure detection range without sacrificing mechanical stretchability and self-healing ability. Herein, we report an effective strategy for developing pressure sensors based on ionic gel composites consisting of high-molecular-weight polymers, ionic liquids, and Au nanoparticles. The resulting capacitive pressure sensors exhibit high pressure sensitivity, fast response, and excellent self-healing properties. The sensors composed of highly hydrophobic polymers and ionic liquids can be used to track underwater movements, demonstrating broad application prospects in human motion state monitoring and underwater mechanical operations.
ionic gel pressure sensor high performance underwater operation self-healing Journal of Semiconductors
2023, 44(3): 032602
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院， 南京 210023
传统的硅压阻式压力传感器存在易受温度影响、断裂韧性较差以及传感节点有限等缺点，因此设计了一种悬浮型阵列结构的石墨烯压力传感器。首先分析了该传感器的结构与原理，然后研究了应变对石墨烯能带结构的影响。最后，建立了顶板-支柱结构的压强放大模型和挠度放大模型。理论与仿真结果表明，压强的放大系数与半径比满足负指数关系，随着支柱底面半径的不断减小，放大系数趋于定值；在集中压力模型中，最大挠度与半径比近似满足线性关系，最大挠度与压强呈三分之一幂次关系。
悬浮型石墨烯 压力传感阵列 能带结构 放大模型 suspended graphene pressure sensor array band structure amplification model
