【摘 要】
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海洋温度、盐度和pH等环境参数测量是研究海洋环境和资源、渔业开发和国防应用非常重要的环节,但我国海洋测量核心传感器欠缺,难以满足我国海洋环境基础数据测量要求。本论文提出采用MEMS微纳集成制造技术,制备温度测量高精度Pt薄膜电阻、电导率测量Pt四电极、金属氧化物氢离子敏感电极和集成Ag/AgCl参比电极,研制温度、电导率和pH三参数集成微纳传感器,设计制备传感器专用高精度测量电路并通过标定和测试,
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海洋温度、盐度和pH等环境参数测量是研究海洋环境和资源、渔业开发和国防应用非常重要的环节,但我国海洋测量核心传感器欠缺,难以满足我国海洋环境基础数据测量要求。本论文提出采用MEMS微纳集成制造技术,制备温度测量高精度Pt薄膜电阻、电导率测量Pt四电极、金属氧化物氢离子敏感电极和集成Ag/AgCl参比电极,研制温度、电导率和pH三参数集成微纳传感器,设计制备传感器专用高精度测量电路并通过标定和测试,将为海洋环境和资源、渔业开发和国防应用提供前端传感器,具有十分重要的战略意义和市场价值。本论文取得的主要研究成果如下:1)设计制备了集成纳米通道阵列的Ag/AgCl参比电极、Ti/TiO2氢离子敏感工作电极、Pt四电极电导率测量电极和Pt薄膜电阻测温电极,建立了包含金属溅射、硅基各向异性腐蚀、金属电化学氧化和氯化、硅-玻璃阳极键合等关键工艺的传感器批量制备工艺流程,完成了温度/盐度/pH三参数传感器芯片的批量制备,芯片尺寸为5*5mm~2,通过贴片打线工艺完成了传感器焊接和封装,整体传感器尺寸约1.5*1.5cm~2;2)采用电化学工作站对封装后的传感器进行性能测试与标定,温度传感器的电阻为2240Ω±5Ω,灵敏度为8.636Ω/℃,测量精度达到±0.01℃;电导率传感器在0.01M KCl溶液中精度为±0.0005S/m;pH传感器灵敏度为42.86m V/pH;3)设计制作了传感器信号专用测量电路,采用AD620芯片对温度和pH值信号进行放大,采用方波振荡电路作为电导率传感器的激励源,将电导率传感器输出信号进行全波精密整流并进行RC滤波,利用STM32f103R8T6单片机对上述结果进行AD采样与数据处理,并通过RS485转换芯片将信号输出,实现了传感器信号的高精度采集和读出。本论文研制的海洋温度、盐度和pH传感器具有尺寸小、多参数集成、可批量制备等特点,可为未来的海洋环境参数测量实现智能、互联、便捷的提供前端传感器支持。
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