研究系统
先进传感与智能制造联合研发中心

   依托机器人与智能制造研究中心,联合明石创新(烟台)微纳传感技术研究院建设“先进传感与智能制造联合研发中心”。先进传感器作为信息采集的“源头”,是实现“万物互联、万物智能”的关键性核心器件,是实现绿色制造、搭建工业互联网、建设智慧城市的核心技术和关键。山东省实施新旧动能转换过程中,智能制造、高端装备等产业对具有自主知识产权的先进传感器的需求巨大,迫切需要突破以MEMS技术为主的卡脖子问题。主要开展微纳传感器基础结构设计与新材料创新技术研究,对特种智能传感器的关键共性技术和产业化示范技术进行攻关,包括微压压力传感器、传感器大数据处理及智能算法、新材料电子学基础原理等关键技术研究;开展工业互联网与大数据应用研究,解决先进传感器在物联网感知、网关及数据传输、云端物联网通讯云计算等难题,为其加快智能应用步伐奠定技术基础,推进MEMS传感器在医疗、生化、农业、环境监测中的产业化应用,提升企业在研发、生产、管理和服务的智能化水平和资源利用率,实现全流程的绿色制造。具体联合研发内容包括:

 (1)高温传感技术

   航空发动机作为飞机的核心部件,航空发动机中的高温流道件,是航空发动机定寿的关键件之一,工作环境恶劣,由于经受极端严酷的燃气工作环境,已经达到了材料的使用极限,是航空发动机故障多发部件,更是发动机的研究重点。随着航空发动机技术的发展,发动机的运行温度随着推重比的不断增加,发动机叶片、涡轮盘等零件表面温度测量难度较大。发动机温度、压力等信号的准确测量,需要满足耐高温、抗高压、易集成、耐氧化、抗电磁干扰、可实时等要求。研究发动机传感技术并搭建相关平台,有助于解决现有发动机高温参数“测不到,测不准”的问题,助力我国航空动力装备型号设计与运行安全检测。

   ①高温温度传感器

   针对航空航天等高温流道及叶片内曲面结构,以及航空发动机超高温的近场测量问题,进行涡轮前温度的微型化高精度测量机制、大梯度散热效能机制、MEMS 制备工艺、曲面叶片原位沉积制备工艺等方面的研究,实现对航空发动机内高温流道及曲面结构的直接温度测量。希望通过五年的工作,探索出有效的超高温传感器及非平面薄膜温度传感器原位制备技术、合理的薄膜结构方案及复合材料靶材溅射薄膜成分控制方法,研制高可靠超高温涡轮前温度与涡轮叶片表面温度测量传感器。通过以上两方面研究工作,为高温流道件的多发性故障提供健康监测机理与手段,通过高温流道件损伤安全边界的确定为事故预防提供基础。

   ②高温压力传感器

   针对火箭发动机、航空发动机等大型设备主要部件高温恶劣复杂工况下所面临的压力测量传感器间接测量误差大、耐温不够高、长期可靠性差等困境,基于第三代宽禁带半导体碳化硅的宽禁带、高载流子迁移速率、高热导率、耐腐蚀等机械、化学、电学材料优势,开展能直接工作在高温恶劣环境下的碳化硅基高温压力传感器芯片理论计算模型、复合制造加工机理、耐高温封装及信号测试补偿一体化研究,揭示关键科学问题。通过探索和解决理论优化设计模型、重难点工艺开发及机理研究、复杂特定工况耐高温封装技术,实现高温恶劣环境下喷嘴燃烧室、压气机、叶片等关键部位的压力信号直接实时监测,提高发动机燃烧性能和推进效率。

   ③高温光纤传感器

   针对航空发动机高温、高压、高马赫数冲击的复杂工况,以特种光纤高温耐受技术、高温高压多参量传感、准分布式传感器布设和叠加信号解调为研究突破口,分析航空发动机燃烧室及涡轮叶片在复杂工况下的温度、压力多点测量需求,揭示关键科学问题。探索出有效的超高温特种光纤传感器、多参量传感系统及准分布式多点探测系统。通过理论分析、结构制作和性能分析,不断优化。基于合理的技术方案、理论分析、制备工艺和实验研究,研制高可靠、超高温、复杂工况下的多参量、准分布式、高温高压集成传感系统。通过以上研究工作,为航空发动机燃烧室及涡轮叶片的研究提供有效的数据支持和技术手段,实现航空发动机的健康监测。

 (2)智能传感芯片

   ①高动态MEMS传感器芯片

   突破传感器芯片微纳尺度下弹性复合结构力学耦合技术、传感器芯片的制造与动态干扰预处理技术、无频损失微隙封装等技术,研制出高动态MEMS传感器,突破发动机、导弹、水下兵器、燃爆、战机等国防、航空航天以及石化等重要领域中微小尺度下对压力、加速度进行高动态、高灵敏测量的关键核心技术,为研制及高性能智能传感器国产化做出贡献。

   ②高精度硅微谐振压力传感器芯片

   针对航空航天领域飞行器高度、速度等飞行数据的精确测量需求,开展高精度硅微谐振式压力传感器芯片的结构设计优化、微纳加工工艺、温度补偿及小信号处理电路等相关研究工作,以获得具有高品质因子、高精度硅微谐振压力传感器,以解决航空航天、新一代战机在极端环境下压力参数准确获取的问题。

   ③高精度硅基/石英基谐振加速度传感器芯片

   针对目前军用和民用领域对惯性导航系统的制导定位以及飞行控制如航空、航天、航海以及武器的稳姿、稳瞄系统(智能炮弹、火箭、导弹)、无人系统(无人机、无人车、无人船、机器人等)等应用需求,急需开展具有小体积、低功耗和高精度等特点的加速度传感器研究,重点研究高精度MEMS谐振式加速度计芯片结构的优化设计和芯片的加工工艺等,完成加速度计的高精度化、小型化、低功耗和工程化研制工作,形成系列化高精度谐振式加速度计产品,解决航空航天、无人系统和自动化等领域对加速度的精确测量难题。


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