研究系統
先進傳感與智能制造聯合研發中心

   依托機器人與智能制造研究中心,聯合明石創新(煙臺)微納傳感技術研究院建設“先進傳感與智能制造聯合研發中心”。先進傳感器作為信息采集的“源頭”,是實現“萬物互聯、萬物智能”的關鍵性核心器件,是實現綠色制造、搭建工業互聯網、建設智慧城市的核心技術和關鍵。山東省實施新舊動能轉換過程中,智能制造、高端裝備等產業對具有自主知識產權的先進傳感器的需求巨大,迫切需要突破以MEMS技術為主的卡脖子問題。主要開展微納傳感器基礎結構設計與新材料創新技術研究,對特種智能傳感器的關鍵共性技術和產業化示范技術進行攻關,包括微壓壓力傳感器、傳感器大數據處理及智能算法、新材料電子學基礎原理等關鍵技術研究;開展工業互聯網與大數據應用研究,解決先進傳感器在物聯網感知、網關及數據傳輸、云端物聯網通訊云計算等難題,為其加快智能應用步伐奠定技術基礎,推進MEMS傳感器在醫療、生化、農業、環境監測中的產業化應用,提升企業在研發、生產、管理和服務的智能化水平和資源利用率,實現全流程的綠色制造。具體聯合研發內容包括:

 (1)高溫傳感技術

   航空發動機作為飛機的核心部件,航空發動機中的高溫流道件,是航空發動機定壽的關鍵件之一,工作環境惡劣,由于經受極端嚴酷的燃氣工作環境,已經達到了材料的使用極限,是航空發動機故障多發部件,更是發動機的研究重點。隨著航空發動機技術的發展,發動機的運行溫度隨著推重比的不斷增加,發動機葉片、渦輪盤等零件表面溫度測量難度較大。發動機溫度、壓力等信號的準確測量,需要滿足耐高溫、抗高壓、易集成、耐氧化、抗電磁干擾、可實時等要求。研究發動機傳感技術并搭建相關平臺,有助于解決現有發動機高溫參數“測不到,測不準”的問題,助力我國航空動力裝備型號設計與運行安全檢測。

   ①高溫溫度傳感器

   針對航空航天等高溫流道及葉片內曲面結構,以及航空發動機超高溫的近場測量問題,進行渦輪前溫度的微型化高精度測量機制、大梯度散熱效能機制、MEMS 制備工藝、曲面葉片原位沉積制備工藝等方面的研究,實現對航空發動機內高溫流道及曲面結構的直接溫度測量。希望通過五年的工作,探索出有效的超高溫傳感器及非平面薄膜溫度傳感器原位制備技術、合理的薄膜結構方案及復合材料靶材濺射薄膜成分控制方法,研制高可靠超高溫渦輪前溫度與渦輪葉片表面溫度測量傳感器。通過以上兩方面研究工作,為高溫流道件的多發性故障提供健康監測機理與手段,通過高溫流道件損傷安全邊界的確定為事故預防提供基礎。

   ②高溫壓力傳感器

   針對火箭發動機、航空發動機等大型設備主要部件高溫惡劣復雜工況下所面臨的壓力測量傳感器間接測量誤差大、耐溫不夠高、長期可靠性差等困境,基于第三代寬禁帶半導體碳化硅的寬禁帶、高載流子遷移速率、高熱導率、耐腐蝕等機械、化學、電學材料優勢,開展能直接工作在高溫惡劣環境下的碳化硅基高溫壓力傳感器芯片理論計算模型、復合制造加工機理、耐高溫封裝及信號測試補償一體化研究,揭示關鍵科學問題。通過探索和解決理論優化設計模型、重難點工藝開發及機理研究、復雜特定工況耐高溫封裝技術,實現高溫惡劣環境下噴嘴燃燒室、壓氣機、葉片等關鍵部位的壓力信號直接實時監測,提高發動機燃燒性能和推進效率。

   ③高溫光纖傳感器

   針對航空發動機高溫、高壓、高馬赫數沖擊的復雜工況,以特種光纖高溫耐受技術、高溫高壓多參量傳感、準分布式傳感器布設和疊加信號解調為研究突破口,分析航空發動機燃燒室及渦輪葉片在復雜工況下的溫度、壓力多點測量需求,揭示關鍵科學問題。探索出有效的超高溫特種光纖傳感器、多參量傳感系統及準分布式多點探測系統。通過理論分析、結構制作和性能分析,不斷優化?;诤侠淼募夹g方案、理論分析、制備工藝和實驗研究,研制高可靠、超高溫、復雜工況下的多參量、準分布式、高溫高壓集成傳感系統。通過以上研究工作,為航空發動機燃燒室及渦輪葉片的研究提供有效的數據支持和技術手段,實現航空發動機的健康監測。

 (2)智能傳感芯片

   ①高動態MEMS傳感器芯片

   突破傳感器芯片微納尺度下彈性復合結構力學耦合技術、傳感器芯片的制造與動態干擾預處理技術、無頻損失微隙封裝等技術,研制出高動態MEMS傳感器,突破發動機、導彈、水下兵器、燃爆、戰機等國防、航空航天以及石化等重要領域中微小尺度下對壓力、加速度進行高動態、高靈敏測量的關鍵核心技術,為研制及高性能智能傳感器國產化做出貢獻。

   ②高精度硅微諧振壓力傳感器芯片

   針對航空航天領域飛行器高度、速度等飛行數據的精確測量需求,開展高精度硅微諧振式壓力傳感器芯片的結構設計優化、微納加工工藝、溫度補償及小信號處理電路等相關研究工作,以獲得具有高品質因子、高精度硅微諧振壓力傳感器,以解決航空航天、新一代戰機在極端環境下壓力參數準確獲取的問題。

   ③高精度硅基/石英基諧振加速度傳感器芯片

   針對目前軍用和民用領域對慣性導航系統的制導定位以及飛行控制如航空、航天、航海以及武器的穩姿、穩瞄系統(智能炮彈、火箭、導彈)、無人系統(無人機、無人車、無人船、機器人等)等應用需求,急需開展具有小體積、低功耗和高精度等特點的加速度傳感器研究,重點研究高精度MEMS諧振式加速度計芯片結構的優化設計和芯片的加工工藝等,完成加速度計的高精度化、小型化、低功耗和工程化研制工作,形成系列化高精度諧振式加速度計產品,解決航空航天、無人系統和自動化等領域對加速度的精確測量難題。


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