【摘 要】
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海水温度盐度是海洋动力环境要素中最重要的两大要素,海水温度盐度的测量对海洋资源开发、利用以及军事国防等方面都具有重要的意义。未来海洋观测技术智能化、网络化发展趋势,使海洋传感器技术不断向小型化、低成本化的方向发展。现有传统电导率和温度传感器存在着成本高,无法实现大批量制造时保证高一致性的问题,制约着其在海水养殖、海洋环境监测等领域的大范围推广应用。本课题从测量原理出发,通过理论分析及有限元仿真分析
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海水温度盐度是海洋动力环境要素中最重要的两大要素,海水温度盐度的测量对海洋资源开发、利用以及军事国防等方面都具有重要的意义。未来海洋观测技术智能化、网络化发展趋势,使海洋传感器技术不断向小型化、低成本化的方向发展。现有传统电导率和温度传感器存在着成本高,无法实现大批量制造时保证高一致性的问题,制约着其在海水养殖、海洋环境监测等领域的大范围推广应用。本课题从测量原理出发,通过理论分析及有限元仿真分析,选择使用薄膜铂电阻作为MEMS温度传感器、环状平面四电极电导池作为MEMS电导率传感器。基于流-固热传导函数及焦耳热效应,仿真分析了焦耳热对MEMS铂电阻温度传感器的温度测量带来的影响,根据仿真数据确定了铂电阻温度传感器走线间距为250μm;通过电场和电势分布的仿真分析,优化了电导率传感器探头的电极结构和引线方式。最终确定了MEMS CT传感器探头设计方案。在完成探头的加工、封装及装配后,根据MEMS传感器的测量特性及精度要求设计了相应的信号采集系统,通过系统软件的功能设计,实现对信号采集系统的整体控制。最后,为了检验MEMS CT传感器的准确性和重复性,设计并进行了一次定标和三次复测实验。经过对实验数据与标准仪器SBE49 CTD实验数据的比测分析,得出定标约一个月后MEMS温度传感器最大漂移量为0.0068℃、MEMS电导率传感器最大漂移量为-0.0424m S/cm的结果。实验结果还表明MEMS CT传感器具有良好的数据重复性及稳定性,本文研究的MEMS CT传感器达到了设计要求的技术指标。
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