趙玉龍，牛 喆，周冠武，趙立波，蔣莊德

（1.西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，西安 710049；2.西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710049）

（1.School of Mechanical Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China；2.State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China）

1 前言

隨著石化工業(yè)的不斷發(fā)展，傳感器在高溫高壓環(huán)境下應(yīng)用的要求也在不斷增加，為適應(yīng)不同的高溫高壓環(huán)境，其種類需求也在不斷增大。目前，我國高性能傳感器主要依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了許多領(lǐng)域的發(fā)展。石油行業(yè)對傳感器需求巨大，數(shù)字化油氣田是國內(nèi)石化工業(yè)的重要發(fā)展目標(biāo)，傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。研究低成本、高穩(wěn)定性油井監(jiān)測微傳感器及系統(tǒng)是油氣田數(shù)字化系統(tǒng)高效平穩(wěn)運(yùn)行的需要，同時(shí)可帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)水平的提升，意義重大[1]。為了適應(yīng)油氣田管理要求，確保其生產(chǎn)的高效運(yùn)行和有效控制，克服傳統(tǒng)現(xiàn)場控制系統(tǒng)存在布線困難、移動(dòng)不便、數(shù)據(jù)處理能力差、實(shí)時(shí)性差和遠(yuǎn)程控制難度大等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套油氣井生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)程控制。

2 油氣田監(jiān)測高溫高壓壓力傳感器研究

2.1 高溫高壓傳感器芯片設(shè)計(jì)原理

壓阻式壓力傳感器是一種基于壓阻效應(yīng)原理，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成可測得的電信號(hào)的傳感方式。壓阻效應(yīng)是指材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻或電阻率發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象。壓阻效應(yīng)是在1856年由英國物理學(xué)家Thomson首先發(fā)現(xiàn)的，并在1923年由Bridgemen通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。在高溫高壓傳感器芯片的設(shè)計(jì)中，主要利用了單晶硅的壓阻效 應(yīng)[2，3]。

硅的壓阻效應(yīng)是在1954年由Smith發(fā)現(xiàn)的[4]。當(dāng)外界力作用于硅晶體時(shí)，晶體的晶格產(chǎn)生變形，使載流子從一個(gè)能谷向另一個(gè)能谷散射，引起載流子的遷移率發(fā)生變化，擾動(dòng)了載流子縱向和橫向的平均量，從而使硅的電阻率產(chǎn)生變化，這種物理效應(yīng)稱為硅壓阻效應(yīng)[5，6]。半導(dǎo)體硅、鍺材料中的壓阻效應(yīng)比金屬材料中的壓阻效應(yīng)要大得多。在半導(dǎo)體材料中，當(dāng)應(yīng)力作用在半導(dǎo)體晶體上時(shí)，電阻的變化主要由電阻率的變化引起。在正交坐標(biāo)系中，當(dāng)坐標(biāo)軸與晶軸一致時(shí)，電阻的相對變化ΔR/R與應(yīng)力之間的關(guān)系滿足

式（1）中，σl和σt為沿電阻縱向與橫向的應(yīng)力；πl(wèi)和πt為沿縱向和橫向壓阻系數(shù)，πl(wèi)表示應(yīng)力作用方向與通過壓阻元件的電流方向一致，πt表示應(yīng)力作用方向與通過壓阻元件的電流方向垂直。

利用上述的硅壓阻效應(yīng)，采用半導(dǎo)體工藝技術(shù)經(jīng)過摻雜（擴(kuò)散或離子注入），沿單晶硅片上的特定晶向，制成敏感電阻，構(gòu)成惠斯通電橋，利用硅材料的彈性力學(xué)特性，就制成了一個(gè)力敏與電信號(hào)轉(zhuǎn)換檢測于一體的摻雜硅傳感器。

薄膜變形理論是分析壓阻式壓力傳感器的理論基礎(chǔ)，根據(jù)傳感器的性能要求，壓力傳感器結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)必須滿足線性度要求及抗過載能力要求的原則。引起傳感器輸出非線性的主要原因是晶體中應(yīng)力較大時(shí)壓阻效應(yīng)的線性關(guān)系受到破壞及應(yīng)變膜形變較大時(shí)應(yīng)力與壓力線性關(guān)系受到破壞。為了使傳感器具有良好的線性度，膜厚h的設(shè)計(jì)必須滿足中心最大撓度要小于膜厚，一般規(guī)定中心撓度要小于膜厚的1/5。同時(shí)，壓力傳感器的抗過載能力就是傳感器在承受150 MPa的載荷時(shí)能夠保持高的靈敏度及穩(wěn)定的工作性能[7]。

在四邊固支方形膜條件下：

方形膜的最大應(yīng)力發(fā)生在各邊中心

最大撓度發(fā)生在平板中心

通過有限元分析對傳感器芯片在受力狀態(tài)下的表面應(yīng)力進(jìn)行分析[8]，精確計(jì)算出壓敏電阻的分布位置，并設(shè)計(jì)傳感器尺寸結(jié)構(gòu)[9～11]。設(shè)定硅傳感器的彈性模量。圖1為傳感器硅基底的應(yīng)力分布，圖2為方膜高溫高壓傳感器。

圖1 傳感器硅基底的應(yīng)力分布Fig.1 Stress distribution on the sensor silicon-substrate

2.2 高溫高壓傳感器芯片加工工藝

油氣井壓力監(jiān)測環(huán)境的高溫高壓特點(diǎn)對壓力傳感器提出了較高的熱穩(wěn)定性要求[12]。在使用溫度大于120℃時(shí)，因PN結(jié)產(chǎn)生漏電流而使傳感器的性能惡化甚至失效，因而，傳統(tǒng)擴(kuò)散硅壓力傳感器難以解決油氣井高溫環(huán)境下的壓力測量難題。針對油氣井壓力監(jiān)測環(huán)境的高溫高壓要求，在傳感器的加工工藝中采用了硅隔離（SOI）芯片制造技術(shù)[4，13，14]。

圖2 方膜高溫高壓傳感器Fig.2 The square diaphragm high-temperature and high-pressure sensor

通過靜電鍵合封裝技術(shù)將SOI硅微固態(tài)壓阻芯片與PYREX7740玻璃片在真空環(huán)境下封裝結(jié)合為一體作為全硅結(jié)構(gòu)的壓力傳感器的彈性敏感單元[15，16]，解決高溫環(huán)境下測量大量程壓力的難題。同時(shí)，采用高溫充硅油技術(shù)，用波紋片和高溫硅油將被測量介質(zhì)隔離開來，因此該類傳感器具有動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫（≥200℃）、精度高、量程大（60～150MPa）及微型化等特點(diǎn)，并且具有工作安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。高量程高溫壓力傳感器的全硅結(jié)構(gòu)電路轉(zhuǎn)換元件采用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)和SOI技術(shù)中的注氧隔離（SIMOX）技術(shù)制作的浮雕式硅微固態(tài)壓阻芯片[17，18]，由SIMOX技術(shù)制作的SiO2層將芯片內(nèi)的測量電路層與硅基底隔離開來，實(shí)現(xiàn)了在大于200℃的應(yīng)用環(huán)境下穩(wěn)定測量技術(shù)。另外，高量程高溫壓力傳感器的彈性元件及敏感元件采用全硅結(jié)構(gòu)正方形平膜結(jié)構(gòu)，通過對正方形硅膜結(jié)構(gòu)參數(shù)（厚度和邊長）設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)出芯片尺寸結(jié)構(gòu)≤3 mm、量程為60～150 MPa的高量程壓力傳感器。由于半導(dǎo)體硅良好的機(jī)械特性，同時(shí)作為傳感器轉(zhuǎn)換電路的壓阻惠斯通測量電橋集成制造在全硅結(jié)構(gòu)正方形平膜結(jié)構(gòu)上，這樣傳感器的彈性和敏感元件與轉(zhuǎn)化電路之間集成為一體，大大降低了傳感器在測量過程中的遲滯、重復(fù)性誤差，從而提高傳感器的測量精度。芯片的測量精度達(dá)到0.2%FS及以上。具體高溫高壓傳感器芯片的加工工藝流程如圖3所示。

圖3 高溫高壓傳感器芯片加工工藝流程Fig.3 Fabrication process of the high-temperature and high-pressure sensor chip

2.3 油氣田高溫高壓壓力傳感器封裝技術(shù)研究

可靠的鍵合引線技術(shù)研究和隔離封裝技術(shù)研究是解決油氣田應(yīng)用傳感器高溫環(huán)境下穩(wěn)定性和耐腐蝕性的關(guān)鍵技術(shù)問題。

油氣田壓力傳感器引線鍵合與傳統(tǒng)的集成半導(dǎo)體芯片（IC）引線鍵合工藝不同的是：MEMS高溫壓力傳感器的封裝在第一焊點(diǎn)（球焊）完成后不進(jìn)行第二焊點(diǎn)（楔焊）的連接，或者只進(jìn)行第二焊點(diǎn)的連接而不需要第一焊點(diǎn)，并且第一焊點(diǎn)所在的腔體深度較大，不易形成線弧，因此使用傳統(tǒng)的引線鍵合設(shè)備不能完成MEMS高溫壓力傳感器的封裝，須研究具有深腔焊功能的引線鍵合設(shè)備并能單獨(dú)完成第一焊點(diǎn)或第二焊點(diǎn)的焊接，即在第一焊點(diǎn)完成后自動(dòng)剪斷金線或直接進(jìn)行第二焊點(diǎn)的焊接?？傮w技術(shù)路線：工藝分析—總體結(jié)構(gòu)—模塊設(shè)計(jì)—系統(tǒng)集成—實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。

建立和研究油氣田微傳感器專用鍵合工藝原則。研究和設(shè)置焊球的初始直徑一般為金絲直徑的2～3倍，還要保證最終成球尺寸是金絲線直徑的2.5～5倍，且不能超過焊盤尺寸的3/4。線弧長度不應(yīng)超過金絲直徑的100倍，而且不允許有垂直方向的下垂或水平方向的搖擺，以保證引線鍵合的質(zhì)量和提高傳感器應(yīng)用的可靠性。

研究傳感器芯片封裝結(jié)構(gòu)，以提高油氣田傳感器在油氣田應(yīng)用的耐腐蝕性和穩(wěn)定性，提高壓力傳感器的長期穩(wěn)定性和工程化應(yīng)用水平，在進(jìn)行壓力敏感元件的封裝時(shí)，宜采用充硅油結(jié)構(gòu)和技術(shù)，避免被測介質(zhì)與敏感元件的直接接觸，提高傳感器穩(wěn)定性的同時(shí)提升其適應(yīng)能力。由此，可以從結(jié)構(gòu)上提高壓力傳感器的測量精度、可靠性和溫度穩(wěn)定性。涉及基于SOI技術(shù)的高溫環(huán)境下高量程、高精度的壓力傳感器，解決了高溫條件和高壓場合下的壓力測量難題，由于采用了充高溫硅油技術(shù)，使得測量SOI硅壓力敏感元件與被測量介質(zhì)隔離開來，因而提高了傳感器的適應(yīng)能力。充硅油壓力傳感器的結(jié)構(gòu)見圖4。圖5為鍵合與高溫充硅油封裝實(shí)物圖。

圖4 充硅油壓力傳感器結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of the pressure sensor filled with silicone oil

圖5 鍵合與高溫充硅油封裝實(shí)物圖Fig.5 The practical packaging of bonding and silicone oil filling

3 高性能壓力傳感器測試與補(bǔ)償技術(shù)研究

3.1 傳感器溫度補(bǔ)償原理

由于壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，基線溫度漂移和線型溫度漂移都可達(dá)到0.02%FS/℃。假設(shè)外界溫度的范圍是-40～60℃，溫差為100℃，那么基線溫度漂移和線型溫度漂移都將達(dá)到2%FS。因此變送器工作溫度變化范圍越大，如果不做校準(zhǔn)其精度將比較差。

本文采用多溫度點(diǎn)、多壓力點(diǎn)標(biāo)定，再在相鄰兩個(gè)溫度點(diǎn)之間進(jìn)行擬合，從而使得變送器在全溫度范圍達(dá)到最高精度。該標(biāo)定系統(tǒng)利用最小二乘法求出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的理論直線。假設(shè)該直線方程為

式（4）中，y為傳感器的理論輸出；x為傳感器的實(shí)際輸入；P1為直線方程的斜率，表示所給定的傳感器的靈敏度；P2為直線方程的截距，表示所給定的傳感器的初始偏差（零位）。

假設(shè)有m個(gè)校準(zhǔn)測試點(diǎn)，傳感器實(shí)際輸出為y，則第i個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與理論值線上相應(yīng)值之間的最小偏差為

式（6）、式（7）中，

m為校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)。

通過最小二乘法將同一溫度時(shí)刻的傳感器輸出進(jìn)行了線性補(bǔ)償之后，將相鄰兩個(gè)溫度點(diǎn)之間的傳感器輸出再次進(jìn)行擬合，可獲得高線性度、高精度的全溫度范圍輸出結(jié)果。

3.2 油氣田壓力傳感器智能數(shù)字變送系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一般工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境對壓力傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的要求較高，如荒漠、雨林、山區(qū)等，其高溫、高濕、長距離無人值守等因素為工業(yè)檢測提出了較強(qiáng)的針對性要求。

油氣田監(jiān)測高性能微傳感器的性能應(yīng)滿足油氣田監(jiān)測系統(tǒng)通訊協(xié)議和高精度的目標(biāo)要求。針對油氣田壓力傳感器智能數(shù)字變送器及標(biāo)定系統(tǒng)整體技術(shù)要求，重點(diǎn)研究電源和信號(hào)全隔離技術(shù)、4～20 mA監(jiān)測信號(hào)和液晶顯示及RS-485總線同步工作技術(shù)、小信號(hào)無失真高精度的放大電路及低通濾波技術(shù)、動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度漂移、基線漂移、線性漂移的抑制技術(shù)以及在惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)防雷擊、浪涌抑制等電路保護(hù)技術(shù)等，以提高傳感器在油氣田應(yīng)用的可靠性。同時(shí)研究油氣田壓力傳感器智能數(shù)字變送器標(biāo)定測試系統(tǒng)以提高其測量精度。標(biāo)定系統(tǒng)可以方便地標(biāo)定壓力傳感器智能數(shù)字變送器，并通過溫度和線性化的數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)有效地提升壓力傳感器的系統(tǒng)精度，使得油氣田高性能傳感器精度提高到0.1%FS及以上，遠(yuǎn)高于目標(biāo)任務(wù)的0.2%FS的技術(shù)指標(biāo)。

油氣田壓力傳感器智能數(shù)字變送系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框圖見圖6。壓力傳感器智能數(shù)字變送器內(nèi)部采用一套數(shù)據(jù)采集電路、一套數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、一套數(shù)據(jù)傳輸電路、一套電源管理電路、一套兩線制4～20 mA回路信號(hào)電路和一套防雷擊電路保護(hù)及信號(hào)全隔離電路，安裝在專用的金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)。圖7為智能數(shù)字變送系統(tǒng)實(shí)物圖。

圖6 壓力傳感器智能數(shù)字變送器系統(tǒng)框圖Fig.6 The system schematic of the pressure sensor intelligent digital transmitter

圖7 智能數(shù)字變送系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.7 The practical pressure sensor intelligent digital transmitter system

4 無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究

4.1 無線網(wǎng)絡(luò)方案

目前使用較廣泛的短距無線通信技術(shù)是藍(lán)牙（Bluetooth）無線局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）和紅外數(shù)據(jù)傳輸（IrDA）3種，同時(shí)還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ慕嚯x無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它們分別是ZigBee、超寬頻（Ultra WideBand）等[19]。對于油氣井生產(chǎn)監(jiān)測，選擇ZigBee技術(shù)出于如下考慮[20]。

成本：ZigBee芯片1美元左右。Wi-Fi和藍(lán)牙芯是3美元左右，使用Zigbee整個(gè)系統(tǒng)的花費(fèi)將大幅降低。傳輸速率：ZigBee傳輸速度是250 kbps，Wi-Fi和藍(lán)牙分別是54 Mbps和1～2 Mbps。在監(jiān)測系統(tǒng)中，主要發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)與控制信號(hào)，低速率已滿足需求。網(wǎng)絡(luò)容量：ZigBee網(wǎng)絡(luò)中心可運(yùn)行65 000個(gè)節(jié)點(diǎn)，Wi-Fi和藍(lán)牙分別是32個(gè)和7個(gè)節(jié)點(diǎn)。ZigBee滿足工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。能量消耗：Zigbee的電流是3 mA，而Wi-Fi和藍(lán)牙分別是350 mA和65～170 mA。

ZigBee是一個(gè)由可多達(dá)65 000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，十分類似現(xiàn)有移動(dòng)通信的碼分多址（CDMA）網(wǎng)或全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（GSM）網(wǎng)。其中每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進(jìn)行相互通信；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m，到擴(kuò)展后的幾百米，甚至幾千米（可以通過CC2591射頻前端芯片以擴(kuò)展傳輸距離）。另外，整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其他各種網(wǎng)絡(luò)鏈接。每個(gè)Zig-Bee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可支持多達(dá)31個(gè)的傳感器和受控設(shè)備，并且每一個(gè)傳感器和受控設(shè)備還可以有8種不同的接口方式。另外，ZigBee可以采集和傳輸數(shù)字量和模擬量[21]。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于油氣田生產(chǎn)井比較分散且只需要實(shí)現(xiàn)采集點(diǎn)與總控制端的通信即可，即一般采集點(diǎn)之間不需要通信所以選擇簇樹狀或網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較合適，既能有效地增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍又能節(jié)省網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的費(fèi)用。本系統(tǒng)根據(jù)ZigBee PRO的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槠渚哂凶詣?dòng)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的功能，無需人工干預(yù)。這樣油氣井所采集到的數(shù)據(jù)就可以從終端設(shè)備經(jīng)過路由器而轉(zhuǎn)發(fā)到主站上，或者從終端設(shè)備直接發(fā)至主站上，從而實(shí)現(xiàn)對油氣井生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖8所示，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖9所示。

圖8 Zigbee系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.8 The architecture of the Zigbee system

圖9 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖Fig.9 The schematic diagram of the systemdata transmission

油氣井監(jiān)測系統(tǒng)采用分散數(shù)據(jù)采集，集中處理結(jié)構(gòu)，由多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理點(diǎn)組成。安裝應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，建立服務(wù)器和安裝客戶端應(yīng)用程序。

5 實(shí)驗(yàn)及分析

5.1 高溫高壓傳感器芯片測試實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)通過精度為0.02%的活塞式壓力計(jì)，在室溫為25℃的條件下，對高溫高壓傳感器芯片進(jìn)行壓力測試實(shí)驗(yàn)。為測定該芯片的耐高壓性能，測試壓力范圍為0～150 MPa。實(shí)驗(yàn)施加電源為5 V的直流穩(wěn)壓源。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果如圖10所示。

圖10 傳感器芯片輸出測試結(jié)果Fig.10 Output of the sensor chip

5.2 油氣田壓力傳感器智能數(shù)字變送系統(tǒng)溫度補(bǔ)償與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

為了保證該智能變送系統(tǒng)的可靠性與精度，通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)來測試當(dāng)前系統(tǒng)的各項(xiàng)輸出并計(jì)算其性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)通過利用活塞式壓力計(jì)（精度為0.02%，量程為1～100 MPa）向壓力式傳感器輸入壓力，壓力范圍為0～32 MPa。將高性能數(shù)字壓力變送器放置在恒溫箱內(nèi)進(jìn)行溫度標(biāo)定，設(shè)置溫度點(diǎn)為-25℃、-10℃、20℃、45℃。通過長時(shí)間恒溫測量后，將所采集到的數(shù)據(jù)通過上位機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行處理，再發(fā)送至高性能數(shù)字壓力變送器進(jìn)行標(biāo)定。圖11和圖12是所采集到的標(biāo)定后的高性能數(shù)字壓力變送器的實(shí)際輸出結(jié)果，其中，圖11為二維數(shù)據(jù)對比圖，圖12為三維數(shù)據(jù)平面分析圖。

圖11 二維數(shù)據(jù)對比圖Fig.11 The comparison of the two-dimensional data

圖12 三維數(shù)據(jù)平面分析圖Fig.12 The analysis of the three-dimensional of plane data

通過計(jì)算可得出在全溫度、全量程范圍內(nèi)該智能數(shù)字壓力變送器的誤差和線性度，結(jié)果如表1所示。

表1 全溫度范圍測試技術(shù)指標(biāo)Table 1 The qualification of the full temperature range experiment

6 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種適用于油氣田特殊環(huán)境的高溫高壓傳感器芯片及其高性能數(shù)字智能變送系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本系統(tǒng)的測量精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的0.2%FS及以上，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，對油氣田生產(chǎn)安全起到重要的保障。油氣田監(jiān)測微傳感器及系統(tǒng)研究是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)研發(fā)，涉及的創(chuàng)新點(diǎn)包括高溫高壓微傳感器的設(shè)計(jì)制造、批量化生產(chǎn)的穩(wěn)定性，油氣井狀態(tài)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫的建立，壓裂工藝目標(biāo)參數(shù)的驗(yàn)證技術(shù)等內(nèi)容。其創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：a.高溫、高壓微傳感器的設(shè)計(jì)技術(shù)；b.高溫、高壓微傳感器的制造工藝技術(shù)；c.低功耗特性微傳感器的設(shè)計(jì)技術(shù)；d.基于微結(jié)構(gòu)工藝相關(guān)特性參數(shù)提取的MEMS器件芯片設(shè)計(jì)技術(shù)；e.監(jiān)測系統(tǒng)抗干擾技術(shù)；f.多聯(lián)作壓裂高溫高壓監(jiān)測技術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)要求。該智能數(shù)字壓力變送器的后續(xù)補(bǔ)充及功能擴(kuò)展工作正在不斷進(jìn)行當(dāng)中。

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