基于压电效应的集成式压力传感系统研究
发布时间：2022-09-17 19:09
压力传感器作为触觉传感的核心部件,要求对机械力进行精确、稳定的探测和反馈,是人机交互系统发展的关键,在工业机器人、电子皮肤等领域应用广泛。因此,研究和设计高稳定性、高灵敏度的压力传感器是当前国际科研的热点。压力传感器与高速芯片、航空发动机等核心器件的制备一同被评为中国科技界亟待解决的35项卡脖子技术。其中,基于压电效应的压力传感器,因其具有压力经由压电材料快速转换为电信号的特性,具备无需外接电源供电的优点,成为研究领域最受关注压力传感器之一。压力经压电材料可以转换为电信号,通过电信号的检测实现压力传感,也可以结合材料的发光特性,利用其产生的压电信号原位激发压力发光的现象,通过光信号的检测实现压力传感。基于这两种信号模式,人们开发了压电式压力传感器和压光式压力传感器。传统的压电式压力传感器是通过体块压电材料实现压电转换,存在转化效率低、压力探测灵敏度差的缺点,通过微纳结构的压电材料可实现高效率压电响应,在动态微压力信号的测量方面表现突出优势,但是其电信号弱,对信号的检测提出了很高的要求。因此高效的弱电信号放大系统对提高传感器的灵敏度具有重要作用,但是信号放大系统的复杂性导致集成高转换效率...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 压电式压力传感器
1.2.1 基于电信号测量的压力传感器分类
1.2.2 压电式压力传感器的基本结构及原理
1.2.3 压电式压力传感器的研究进展
1.3 压光式压力传感器
1.3.1 基于光探测的压光式压力传感器分类
1.3.2 压光式压力传感器的基本结构及原理
1.3.3 压光式压力传感器的研究进展
1.4 论文选题依据和拟开展的主要研究内容
1.4.1 论文选题依据
1.4.2 拟开展的主要研究内容
参考文献
第二章 硒化铟场效应晶体管信号放大的氧化锌纳米阵列压电式压力传感器
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验仪器
2.2.2 实验试剂与材料
2.2.3 样品制备
2.2.4 材料表征及其器件性能研究
2.3 结果与讨论
2.3.1 基于氧化锌纳米柱阵列压电传感单元的研究
2.3.2 基于硒化铟的场效应晶体管信号放大系统的研究
2.3.3 集成式的压电式压力传感器压力探测性能的研究
2.3.4 集成式的压电式压力传感器压电电势探测性能的研究
2.4 本章小结
参考文献
第三章 原位压电电场增强的铜锰共掺硫化锌压光式压力传感器
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验仪器
3.2.2 实验试剂与材料
3.2.3 样品制备
3.2.4 材料表征及其器件性能研究
3.3 结果与讨论
3.3.1 ZnS:Cu,Mn和PVDF材料形貌及成分的研究
3.3.2 ZnS:Cu,Mn/PVDF压光式压力传感器发光及传感性能的研究
3.3.3 PVDF及ZnS:Cu,Mn压电性能的研究
3.3.4 PVDF压电场对ZnS:Cu,Mn压力发光增强的调控机理
3.4 本章小结
参考文献
第四章 掺镨铌酸锂:压力发光新材料探索
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验仪器
4.2.2 实验试剂与材料
4.2.3 样品制备
4.2.4 材料表征及其器件性能研究
4.3 结果与讨论
4.3.1 掺镨铌酸锂多晶颗粒的材料及性能研究
4.3.2 掺镨铌酸锂单晶颗粒的材料及性能研究
4.3.3 掺镨铌酸锂多晶颗粒和单晶颗粒材料性质的对比研究
4.3.4 研究掺杂中心在晶格中占位对压力发光性能的影响
4.4 本章小结
参考文献
第五章 总结
5.1 主要结论
5.2 主要创新点
5.3 需要进一步研究的问题
攻读学位期间发表的论文和申请的专利
致谢
附录
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]提拉法生长Yb:YAG晶体及其性能表征[J]. 卢利平,李建立,曾繁明,万玉春,刘景和. 长春理工大学学报. 2004(04)
博士论文
[1]柔性驻极体发电机及其供能压力传感器应用研究[D]. 王波.华中科技大学 2017
[2]周期极化基质材料钽酸锂/铌酸锂类晶体生长与性质研究[D]. 孙德辉.山东大学 2015
[3]OPCPA用关键硼酸盐晶体材料研制[D]. 潘忠奔.山东大学 2013
[4]几种氧化物晶体的数值模拟、生长及性质研究[D]. 于永贵.山东大学 2009
本文编号：3679784
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 压电式压力传感器
1.2.1 基于电信号测量的压力传感器分类
1.2.2 压电式压力传感器的基本结构及原理
1.2.3 压电式压力传感器的研究进展
1.3 压光式压力传感器
1.3.1 基于光探测的压光式压力传感器分类
1.3.2 压光式压力传感器的基本结构及原理
1.3.3 压光式压力传感器的研究进展
1.4 论文选题依据和拟开展的主要研究内容
1.4.1 论文选题依据
1.4.2 拟开展的主要研究内容
参考文献
第二章 硒化铟场效应晶体管信号放大的氧化锌纳米阵列压电式压力传感器
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验仪器
2.2.2 实验试剂与材料
2.2.3 样品制备
2.2.4 材料表征及其器件性能研究
2.3 结果与讨论
2.3.1 基于氧化锌纳米柱阵列压电传感单元的研究
2.3.2 基于硒化铟的场效应晶体管信号放大系统的研究
2.3.3 集成式的压电式压力传感器压力探测性能的研究
2.3.4 集成式的压电式压力传感器压电电势探测性能的研究
2.4 本章小结
参考文献
第三章 原位压电电场增强的铜锰共掺硫化锌压光式压力传感器
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验仪器
3.2.2 实验试剂与材料
3.2.3 样品制备
3.2.4 材料表征及其器件性能研究
3.3 结果与讨论
3.3.1 ZnS:Cu,Mn和PVDF材料形貌及成分的研究
3.3.2 ZnS:Cu,Mn/PVDF压光式压力传感器发光及传感性能的研究
3.3.3 PVDF及ZnS:Cu,Mn压电性能的研究
3.3.4 PVDF压电场对ZnS:Cu,Mn压力发光增强的调控机理
3.4 本章小结
参考文献
第四章 掺镨铌酸锂:压力发光新材料探索
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验仪器
4.2.2 实验试剂与材料
4.2.3 样品制备
4.2.4 材料表征及其器件性能研究
4.3 结果与讨论
4.3.1 掺镨铌酸锂多晶颗粒的材料及性能研究
4.3.2 掺镨铌酸锂单晶颗粒的材料及性能研究
4.3.3 掺镨铌酸锂多晶颗粒和单晶颗粒材料性质的对比研究
4.3.4 研究掺杂中心在晶格中占位对压力发光性能的影响
4.4 本章小结
参考文献
第五章 总结
5.1 主要结论
5.2 主要创新点
5.3 需要进一步研究的问题
攻读学位期间发表的论文和申请的专利
致谢
附录
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]提拉法生长Yb:YAG晶体及其性能表征[J]. 卢利平,李建立,曾繁明,万玉春,刘景和. 长春理工大学学报. 2004(04)
博士论文
[1]柔性驻极体发电机及其供能压力传感器应用研究[D]. 王波.华中科技大学 2017
[2]周期极化基质材料钽酸锂/铌酸锂类晶体生长与性质研究[D]. 孙德辉.山东大学 2015
[3]OPCPA用关键硼酸盐晶体材料研制[D]. 潘忠奔.山东大学 2013
[4]几种氧化物晶体的数值模拟、生长及性质研究[D]. 于永贵.山东大学 2009
本文编号：3679784
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3679784.html