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- 壓力傳感器在航天飛船中集成電路的應(yīng)用
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2013/7/1
每個(gè)周六，中國(guó)兵器工業(yè)第214所研究員級(jí)高級(jí)工程師夏俊生，都會(huì)像工作日一樣早早地來(lái)到辦公室加班。日前“神舟十號(hào)”載人飛船上天，他和他的團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)了5種集成電路。其中，驅(qū)動(dòng)控制的專用集成電路、壓力傳感器等成為確保航天飛行器各系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵器件。
航天工程對(duì)于集成電路的質(zhì)量和可靠性都有特殊要求。夏俊生與同事們將下達(dá)的20多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，細(xì)化分解成50多項(xiàng)落地指標(biāo)。兩年時(shí)間研制樣品，三四年時(shí)間來(lái)改進(jìn)優(yōu)化，214所終于研制出高可靠性的集成電路。按照要求，電路要保證在-55℃至125℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。夏俊生等技術(shù)人員把電路承受的范圍擴(kuò)大到-65℃至150℃。
隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，功能集成化和結(jié)構(gòu)小型化或一體化則成為傳感器的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。壓力開(kāi)關(guān)傳感器的研制就是將功能單一的機(jī)械式壓力開(kāi)關(guān)與壓力傳感器結(jié)構(gòu)小型化、功能集成化，使二者在同一個(gè)壓力腔內(nèi)能夠同時(shí)提供開(kāi)關(guān)信號(hào)和連續(xù)電信號(hào)。該壓力開(kāi)關(guān)傳感器研制要突破一體化結(jié)構(gòu)、小型傳感器設(shè)計(jì)及機(jī)械壓力開(kāi)關(guān)等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，解決涉及多門(mén)學(xué)科相互交叉的綜合技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力開(kāi)關(guān)與傳感器一體化結(jié)構(gòu)的要求，二者必須位于同一壓力腔體中。如果沒(méi)有體積尺寸和重量的限制，傳感器與壓力開(kāi)關(guān)只需平行排列就可以。但在較小結(jié)構(gòu)空間內(nèi)，我們擬將傳感器與壓力開(kāi)關(guān)的感壓膜片面對(duì)面安裝在同一壓力腔內(nèi)，共用同一個(gè)壓力接口與信號(hào)接插件。能夠同步感受外部傳遞的壓力，并同時(shí)提供階越信號(hào)與連續(xù)電信號(hào)。該結(jié)構(gòu)外殼為不銹鋼材料，整體設(shè)計(jì)采用固體硬連接，利用氬弧焊、電阻焊和電子束等多種體連接方法實(shí)現(xiàn)傳感器結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，強(qiáng)化傳感器抗壓、抗振、抗沖擊特性。
壓力傳感器的工作原理選擇擴(kuò)散硅壓阻工作機(jī)理。將構(gòu)成惠斯登電橋的四個(gè)擴(kuò)散硅電阻對(duì)稱設(shè)計(jì)在彈性體的正負(fù)應(yīng)變區(qū)上，擴(kuò)散硅電阻隨被測(cè)介質(zhì)的壓力增加而增加或減小，造成惠斯登電橋的不平衡電壓與被測(cè)壓力成線性變化。
基于一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓力傳感器的敏感器件和芯體采用微小型化，與壓力開(kāi)關(guān)形成上下配套結(jié)構(gòu)，形成一體化設(shè)計(jì)。為傳感器小型體芯結(jié)構(gòu)。傳感器設(shè)計(jì)利用自主開(kāi)發(fā)的傳感器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行，使用ANSYS有限元分析平臺(tái)軟件和CV機(jī)械設(shè)計(jì)軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)資料，建立合理適用的傳感器數(shù)學(xué)模型。傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行全固態(tài)設(shè)計(jì)，敏感芯片與玻璃之間、玻璃與金屬導(dǎo)壓管之間連接采用靜電封接，燒結(jié)座、導(dǎo)壓管、膜片及焊環(huán)之間采用氬弧焊接或電子束焊接，有效地避免了膠粘等軟連接對(duì)傳感器性能的影響，同時(shí)提高了芯體的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)利用貼片或厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用全溫區(qū)的兩點(diǎn)和三點(diǎn)補(bǔ)償方案，對(duì)傳感器的零點(diǎn)失調(diào)電壓、零點(diǎn)和靈敏度的熱漂移進(jìn)行二次溫度補(bǔ)償。
北京賽斯維測(cè)控技術(shù)有限公司為客戶提供不同類型壓力傳感器，產(chǎn)品咨詢熱線:010-84775646 84775648。
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