文章编号：1671-251X(2018)10-0019-05DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2018030024r用MEMS甲烷传黑器硅微加热器功率优化设计王丽影微，秦顺利微，马洪宇“2(1.矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室，江苏徐州221008；2.中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心，江苏徐州221008)摘要：在ANSYS有限元分析软件中对矿用微机电系统(MEMS)甲烷传感器硅微加热器功率进行了优化设计。首先建立了基于已知掺杂浓度求解一定温度范围内硅电阻率的计算模型；然后根据计算结果，利用ANSYS软件对U型双悬臂梁式硅微加热器进行了以掺杂浓度、两悬臂间距、悬臂梁宽度为影响因素的正交试验，研究了不同因素对硅微加热器功率的影响。试验结果表明：悬有梁宽度和掺杂浓度为硅微加热器功率的主要影响因素，两悬臂间距影响校小；硅微加热器功率随悬臂梁完度的减小而减小，随掺杂浓度的升高先增大后减小；温度为600°C时，选取悬臂梁宽度为25、m、掺杂浓度为1019cm^3.两悬有间距为10Mm可使硅微加热器功率最优。关键词：煤矿安全；MEMS甲烷传感器；硅微加热器；功率优化；掺杂浓度；有限元分析；正文试验中图分类号:TD712文献标志码：A网络出版地址:http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20180914.0954.004.htmlPoweroptimizationdesignofsiliconmicroheaterofmine-usedMEMSmethanesensorWANGLiying/,QINShunli12,MAHongyu12(1.State-ProvinceUnitedEngineeringLaboratoryonMineInternetApplicationTechnology,Xuzhou221008,China;2.InternetofThings(PerceptionMine)ResearchCenter,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China)Abstract:Poweroptimizationdesignofsiliconmicroheaterofmine-usedMEMSmethanesensorwascarriedoutbyuseofANSYSfiniteelementsoftware.Firstly,acalculationmodelofsiliconresistivitywithincertaintemperaturerangewasbuiltonbasisofknowndopingconcentration.Thenanorthogonaltestfordule-cantilevertypesiliconmicroheaterwithUshapewascarriedoutaccordingtothecalculatedresistivityresultsinANSYSsoftware,whichtookdopingconcentration,distancebetweentwocantileversandcantileverwidthasinfluencefactors,soastoresearchinfluenceofdifferentfactorsonpowerofsiliconmicroheater.Thetestresultsshowthatcantileverwidthanddopingconcentrationaremainfactorsinfluencingthepowerofsiliconmicroheater,whiledistancebetweentwocantilevershaslittleinfluence.Thepowerofsiliconmicroheaterdecreaseswithdecreaseofcantileverwidth,andincreasesfirstthendecreaseswithincreaseofdopingconcentration.Powerofsiliconmicroheatercanachievetheoptimalvalue收«H*:2018-03-07,修回日期：2O18-O9-O3iW任李明.基金项目：国家真点研发计划资助项目(2017YFC0804403),江苏省自然科学基金资助项目(BK20161186)。作者简介：王丽影(1985-),女，吉林四平人，硕士研究生，主要研究方向为MEMS微加热器，E-mail：wangliying@cumt.edu.cn。引用格式：王丽影，秦顺利，马洪宇.矿用MEMS甲烷传感器硅微加热器功率优化设计[J].工矿自动化，2018,44(10):19-23.WANGLiyingtQINShunli,MAHongyu.Poweroptimizationdesignofsiliconmicroheaterofmine-usedMEMSmethanesensor]J].IndustryandMineAutomationt2018t44(10):19*23.Vol.44No.10Oct.2018whencantileverwidthis25〃m,dopingconcentrationisIO19cm-3anddistancebetweentwocantileversis10pmat600.Keywords:coalminesafety;MEMSmethanesensor;siliconmicroheater;poweroptimization;dopingconcentration;finiteelementanalysis;orthogonaltest0引言甲烷传感器是煤矿防治瓦斯灾害必不可少的设备。现有基于能谱、质谱或色谱的瓦斯检测设备大多只能在线下使用，且体积庞大，难以实现井下在线检测和随身携带。MEMS(MicroelectroMechanicalSystems，微机电系统)气体传感器是基于微机械、微电子及薄膜技术的气敏元件，具有体积小、功耗低、成本低、灵敏度高、响应速度快、寿命长、易集成等优点口勺。研制矿用MEMS甲烷传感...