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专利号: 2018103434710
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种探空巨压阻气压传感器阵列装置的测量方法,其特征在于,装置包括至少一个第一巨压阻气压传感器阵列、至少一个第二巨压阻气压传感器阵列、信号调理电路、模拟选择器、模数转换器、处理器和GPS无线通信模块;其中,第一巨压阻气压传感器阵列、第二巨压阻气压传感器阵列分别将采集到的数据信号通过信号调理电路处理后,再利用模拟选择器选通传输给模数转换器进行转换,转换后的数字信号传输给处理器,再通过GPS无线通信模块将数据传输给外部的控制中心;

所述第一巨压阻气压传感器阵列包括4个相同的第一巨压阻气压传感器,第一巨压阻气压传感器包括自下而上依次叠放的玻璃基底层、硅底层和绝缘二氧化硅层,所述绝缘二氧化硅层上表面的四周分别设置有4个正方形截面的硅铝异质结传感单元,每个硅铝异质结传感单元包括自内而外依次嵌套的内层硅、中间层铝和外层硅,硅铝异质结的两端均设置有金属边,每个金属边各自通过引线连接金属片,金属片通过其上引出的电极连接有铝端子;

所述第二巨压阻气压传感器阵列包括4个相同的第二巨压阻气压传感器,第二巨压阻气压传感器包括自下而上依次叠放的玻璃基底层、硅底层和绝缘二氧化硅层,所述绝缘二氧化硅层上表面的四周分别设置有4个三角形截面的硅锗异质结传感单元,每个硅锗异质结传感单元包括自内而外依次嵌套的内层硅、中间层锗和外层硅,硅锗异质结的两端均设置有金属边,每个金属边各自通过引线连接金属片,金属片通过其上引出的电极连接有铝端子;

第一巨压阻气压传感器为高空量程的巨压阻气压传感器,第二巨压阻气压传感器为中低空量程的巨压阻气压传感器,第一巨压阻气压传感器阵列为高空量程的巨压阻气压传感器阵列、第二巨压阻气压传感器阵列为中低空量程的巨压阻气压传感器阵列;

测量方法具体如下:

当装置工作时,处理器先判断气压数值在哪个工作范围内,若在450 1100hPa范围内,~

则选择中低空量程的巨压阻气压传感器阵列T上的数据进行采集;若在3 450hPa范围内,处~

理器通过地址线A2A1A0控制模拟选择器选择高空量程的巨压阻气压传感器阵列S上的数据进行采集;将选择后的数据通过模数转换器,得到的数字信号再传输给处理器,处理器将数据传递给GPS无线通信模块,并由GPS无线通信模块发送回地面控制中心,实现气压数据的测量,最后将两个量程的数据合并形成一个整体的3‑1100hPa复合量程的数据。

2.根据权利要求1所述的一种探空巨压阻气压传感器阵列装置的测量方法,其特征在于,所述硅底层的底部向上设置有凹槽,位于凹槽上方的硅底层为受力应变薄膜;高空量程的巨压阻气压传感器具有E型凹槽和受力应变薄膜,中低空量程的巨压阻气压传感器具有C型凹槽和受力应变薄膜。

3.根据权利要求2所述的一种探空巨压阻气压传感器阵列装置的测量方法,其特征在于,高空量程的巨压阻气压传感器具有尺寸大于或等于1500µm×1500µm的E型凹槽和厚度小于35µm的受力应变薄膜,中低空量程的巨压阻气压传感器具有尺寸小于或等于900µm×

900µm的C型凹槽和厚度大于或等于35µm的受力应变薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种探空巨压阻气压传感器阵列装置的测量方法,其特征在于,第一巨压阻气压传感器中的四个硅铝异质结传感单元分别设置于绝缘二氧化硅层上表面的四周,其中两个硅铝异质结传感单元对称放置于受力应变薄膜相对应的范围内,另外两个硅铝异质结传感单元对称放置于受力应变薄膜相对应的范围外,位于受力应变薄膜相对应的范围内两组硅铝异质结传感单元的连线与位于受力应变薄膜相对应的范围外两组硅铝异质结传感单元的连线互相垂直;位于受力应变薄膜相对应的范围内的两组硅铝异质结传感单元是被测端;位于受力应变薄膜相对应的范围外的两组硅铝异质结传感单元是参考端,通过引线连接至铝端子,构成了具有温度补偿功能的惠斯通电桥,硅铝异质结传感单元具有内外两层接触势垒。

5.根据权利要求1所述的一种探空巨压阻气压传感器阵列装置的测量方法,其特征在于,第二巨压阻气压传感器中的四个硅锗异质结传感单元分别设置于绝缘二氧化硅层上表面的四周,其中两个硅锗异质结传感单元对称放置于受力应变薄膜相对应的范围内,另外两个硅锗异质结传感单元对称放置于受力应变薄膜相对应的范围外,位于受力应变薄膜相对应的范围内两组硅锗异质结传感单元的连线与位于受力应变薄膜相对应的范围外两组硅锗异质结传感单元的连线互相垂直;位于受力应变薄膜相对应的范围内的两组硅锗异质结传感单元是被测端;位于受力应变薄膜相对应的范围外的两组硅锗异质结传感单元是参考端,通过引线连接至铝端子,构成了具有温度补偿功能的惠斯通电桥,硅锗异质结传感单元具有内外两层接触势垒。

6.根据权利要求1所述的一种探空巨压阻气压传感器阵列装置的测量方法,其特征在于,第一巨压阻气压传感器阵列和第二巨压阻气压传感器阵列的进气装置的端口增加了滤网,并在通气管道内加装两层海绵。

7.根据权利要求1所述的一种探空巨压阻气压传感器阵列装置的测量方法,其特征在于,模数转换器为AD7794模数转换器,处理器为STM32F429单片机。