压电MEMS振动传感器调理电路设计与实现

针对铌酸锂单晶薄膜的压电MEMS振动传感器输出电荷信号微弱而难以采集的问题,设计了一种基于集成运放芯片TLE 2064 CDR的信号调理电路。该电路由电荷-电压转换电路(Q-V)、电压放大电路、前置低通滤波电路和后置高通滤波电路构成,旨在实现微弱信号的采集。此外,利用ACT 2000振动台进行振动实验,通过标准电荷放大器和设计的信号调理电路对压电MEMS振动传感器测试。测试结果表明,所设计的信号调理电路与标准电荷放大器的输出有较好的一致性,可以满足5~130 pC的宽输入电荷的采集。当加载加速度范围为5~20 g时,输出电荷和输入加速度之间的线性度好;在输入加速度5 g,工作频率范围为50~2000 Hz时,输出电荷偏差控制在±1.6 pC内,具有很好的一致性。综上所述,该电路具有集成度高,灵敏度好等特点,在微弱信号采集方面具有很好的应用前景。

行进间炮口偏移状态光电测量技术研究

针对目前行进间炮口偏移状态测量缺乏手段的现状,提出了一种基于二维位置敏感探测器(PSD)的行进间炮口偏移状态测量方法。固定在炮尾的激光位置保持相对不变,光束方向指向固定在炮口的PSD中心位置。PSD随着炮口位置移动而发生变化,导致激光入射在PSD光敏面上的位置发生变化,由PSD的横向光电效应显示不同的位置坐标,达到测量炮口偏移状态的目的。结果表明,该方法可以实现行进间炮口偏移状态的实时精确测量,时间精度为2 ms,测量精度达到微米量级。

压电MEMS振动传感器信号采集系统设计与实现

针对硅基铌酸锂单晶薄膜压电MEMS振动传感器产生振动信号的特征,设计了基于FPGA平台的数据采集系统。该系统采用AD7606采样芯片,结合状态机的思想,完成了AD采样设计的时序图,实现了数据转换,转换后的数据使用FIFO进行存储,之后通过USB 2.0传输到上位机进行处理。最后搭建了实物验证平台,利用此系统采集振动台输出的振动信号,并用MATLAB对采集到的振动信号进行分析。实验结果表明,当加载加速度为3~20 g时,采集到的电荷与输入加速度之间有较好的线性度。该采样系统能够满足一定的采样速率要求,在压电MEMS振动传感器信号采集领域有广阔的应用前景。

国产化低功耗嵌入式火炮压力测试系统设计

针对当前国产化膛压测试系统存在的功耗较大问题,设计了基于RISC-V开源指令集CH32V203微控制器的国产化低功耗火炮压力测试系统。为了降低待机态功耗,进行了低功耗芯片选型,并通过多模块分电源使能管理的方法减少非工作态模块功耗;利用倒置开关实现系统不同运行状态的感知,同时进行了详细的系统运行状态机设计,降低系统运行态功耗。经不同工况下的模拟应用测试,测试系统具有良好的低功耗特性,所设计的国产化火炮压力测试系统最低功耗为8.14 mAh,能够满足国军标GJB2973A-2008的应用需求,为国产化膛压测试系统的低功耗设计提供了参考方案,推动了膛压测试系统的国产化替代进程。

铌酸锂单晶薄膜化学机械抛光及极化研究

使用化学机械抛光制备硅基铌酸锂单晶异质集成薄膜,研究了在薄膜制备过程中不同阶段下薄膜状态,利用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱分析(XPS)对单晶铌酸锂的表面形貌与元素含量变化进行了表征,并通过高压极化装置对铌酸锂薄膜实现了大面积周期性极化。研究结果表明,随着研磨步骤的进行,样品表面粗糙度逐渐降低,完成最终抛光工艺后,样品表面均方根粗糙度基本达到初始样品水平;抛光过程会导致Li缺失,但是可以通过后续工艺进行修复,研磨过程中引入的杂质元素会随着工艺的进行逐渐被去除,最终得到高质量硅基铌酸锂单晶薄膜;使用高压极化装置对铌酸锂薄膜进行极化,得到周期极化的条形电畴反转单元结构。该研究对制造基于铌酸锂的高性能传感器件具有重要意义。

铁酸铋薄膜柔性化微纳制造及铁电性能

研究了铁酸铋薄膜的柔性化可控制造方法及其电畴调控动态。利用脉冲激光沉积法制备了周期性畴结构的铁酸铋薄膜,结合可控剥离技术,完成了铁酸铋薄膜从刚性基底到柔性基底的制备过程。利用原子力显微镜和压电力显微镜技术对柔性化铁酸铋薄膜的微观形貌和铁电特性进行表征。结果表明,柔性化后的铁酸铋薄膜保持完整的表面形貌特征(粗糙度保持不变),电畴反转特性保持可调,且保持良好的铁电特性及电畴反转响应。该研究为铁酸铋薄膜的柔性化制备提供了一种新思路。

B_2O_3-Li_2O掺杂低温烧结Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3陶瓷的介电性能

采用传统陶瓷制备工艺,通过B2O3-Li2O的有效掺杂,低温液相烧结制备了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷,并对其介电性能进行了研究。X射线衍射分析和介电性能测试结果表明:适量B2O3-Li2O掺杂的BST陶瓷,经975℃烧结4h,所得样品的主晶相为钙钛矿结构,未出现明显的杂相;随B2O3-Li2O掺杂量的增加,BST陶瓷材料的介电常数减小,Curie峰变得弥散宽化,介电损耗则与未掺杂BST陶瓷的保持一致,即在0.003以下;适量B2O3-Li2O的掺杂对BST陶瓷材料的Curie温度和介电调制性能影响不大。

湿法合成羟基磷灰石生物陶瓷材料的研究

本文主要研究了羟基磷灰石生物陶瓷材料的湿法制备工艺及其性状, 通过IR、DSC/TG和XRD等测试手段分析,得出了湿法合成HAP的最佳工艺条件,热处理到700℃可以制备高纯度的羟基磷灰石生物陶瓷材料。

钛酸钡基铁电材料的介电非线性研究

通过A位或B位掺杂改性得到的钛酸钡基铁电材料,在外加直流偏置电场作用下,具有介电常数非线性可调的优异介电性能,可以广泛地应用于压控可调陶瓷电容器和微波可调器件领域。针对钛酸钡基铁电材料的介电非线性特性,讨论了BaTiO_3基铁电材料分别在铁电相、顺电相以及相转变温度场附近的介电非线性机理和相关理论;结合笔者近年来有关介电非线性研究的实验结果和相关文献报道,综述了不同A位离子(如Sr^(2-)和Ca^(2-)等)或B位离子(如Zr^(4+)和Sn^(4-)等)掺杂的BaTiO_3基铁电材料体系的介电非线性研究现状,分别对不同物质形态(陶瓷块体、薄膜和厚膜)的BaTiO_3基铁电材料的介电非线性研究及其应用进行了对比分析;并对钛酸钡基铁电材料今后的发展趋势和研究方向进行了展望。

组织工程三维多孔支架材料制备技术的研究现状

组织工程支架材料是组织工程成败之关键因素，制备一种既具有良好生物相容性和生物降解性，又具有特定形状和三维连通多孔结构的支架材料是组织工程的一个重要方面。主要综述了组织工程多孔支架材料制备技术的研究现状，分析和总结了各制备技术的优缺点，并对其发展趋势进行了展望。

组织工程支架材料的研究进展

组织工程支架材料在组织工程研究中起中心作用,它不仅为特定的细胞提供结构支撑作用,而且还起到模板作用,引导组织再生和控制组织结构。因此,寻找一种既有良好生物相容性和生物降解性又具有特定形状和连通三维多孔结构的支架材料是组织工程的一个重要方面。本文主要对组织工程中常用支架材料的研究进展进行了综述,并对组织工程支架材料目前存在的问题作了分析以及对其发展趋势进行了展望。

正丁醇铝的制备及其水解

主要研究了正丁醇铝的制备及其水解,通过IR、DSC/TG和XRD测试手段分析,结果表明:采用醇解法可以有效制备正丁醇铝,控制水解温度和水解配比,能够获得高质量的氧化铝溶胶,铝溶胶热处理到600～800℃之间为γ Al2O3,热处理到1200℃为α Al2O3。

复合微能源采集器研究进展及其应用

微能源采集技术是一门新兴的能源技术,受到国内外学者的广泛关注.近年来,随着电子产品功耗的逐步降低,采集环境能源为这些电子产品供电是解决目前电池供电持久性差、环境污染等难题的最佳方式.根据其工作原理的不同采集器可分为电磁式发电机、压电纳米发电机、摩擦纳米发电机等几类.单一换能机制的器件受制于其转换效率,无法实现对能量的最大转换.复合式发电机通过不同换能方式的一体化高度集成,实现对输出性能的提升,具有良好的应用前景.本文综述了近年来不同类型复合式发电机的研究现状,阐述了其工作原理及实际应用,对研究复合式微能源采集器具有一定参考价值.

微型振动式能量采集器研究进展

振动能量采集器具有体积小、寿命长、高能量密度的特点成为当前广泛研究的重要微能源器件之一。重点介绍了基于电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式、复合式等采能原理的能量收集模块,系统综述了上述能量采集模块的优缺点、国内外现状及未来发展趋势;同时综述了微能源重要组成部分——电源管理和储能电路模块的研究现状,最后展望了振动式微能源器件的发展前景与趋势。

自适应红外隐身技术研究进展

自适应红外隐身技术是现代飞机、舰艇、坦克、装甲车等军事装备伪装掩护的关键技术,其具有抗干扰能力强、适应能力强、可全天候工作、可随环境灵活变化等特点。重点介绍了以电致变温/电致变发射率材料为核心单元器件的自适应红外隐身系统的隐身原理与实现方法,系统论述了国内外自适应红外隐身技术的发展现状,并展望了该技术的未来发展趋势。

MEMS压电-磁电复合式振动能量采集器

具有高能量输出密度的自我供电振动能量采集技术有着迫切的应用需求,是智能化MEMS器件系统发展的重要方向。研究了一种可将外界环境振动能转化为电能的MEMS压电-磁电复合振动能量采集器,其综合了压电发电和磁电发电的优势,为新型MEMS供电研究提供了新思路。利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅(PZT)压电功能薄膜的制备,采用MEMS加工技术完成器件四悬臂梁-中心质量块基础结构的设计和制作,结合集成封装技术实现微结构与永磁铁的微组装。测试结果表明:在一阶谐振频率247 Hz,10 g加速度激励的振动状态下,器件压电部分压电敏感单元与磁电部分电感线圈的单位体积最大有效输出电压分别为2.066×107和5.002×106 mV/cm3。

振动驱动微能源技术研究进展

首先介绍了微能源的几种类型,比较了不同类型微能源的优缺点。振动式微能源具有体积小、重量轻、能量密度高、寿命长、无污染和对环境适应性强等优点,详细描述了静电转换型、电磁转换型和压电转换型三种振动驱动微能源技术的原理和特点。系统综述了三种振动驱动微能源技术的国内外研究现状,包括微能源的结构和采集、存储电路。分析了其存在的技术和应用瓶颈问题,例如微能源使用的材料和结构不完善、转换效率较低、微加工和微装配技术不成熟、难以应用于实际环境、振动环境对其寿命的影响等问题,并且展望了微能源未来的发展趋势。

高深宽比硅基微纳结构制造方法及其应用

三维高深宽比硅基结构是基于微纳制造技术的功能载体或执行机构。其由于小尺寸特征而获得特殊的微纳效应,具有灵敏度高、分辨率高、噪声低、位移量小等特点,在光电、生物、微能源和集成互连等技术领域具有广泛应用前景。主要分析了高深宽比硅基微纳结构的种类及特点;系统综述了该结构的制造方法及国内外研究现状;详细描述了不同外形特征结构的应用领域;从工艺标准、建模仿真、批量生产等方面讨论了高深宽比硅基微纳结构制造存在的技术瓶颈问题,并对高深宽比硅基微纳结构的可靠制造与发展趋势进行了展望。

MEMS红外光源研究及其应用

首先介绍了红外光源的类型,从波长范围、调制频率、输出功率以及制作成本等方面比较了三种不同类型红外光源的优缺点。分析了基于微机电系统(MEMS)加工技术的红外光源工作原理和类型。系统综述了MEMS红外光源的国内外研究现状,包括不同辐射层材料和不同结构的MEMS红外光源。详细描述了MEMS红外光源在红外气体传感器、目标识别装置、红外通信装置中的应用。讨论了其在结构设计和加工过程中存在的高辐射率发光材料的制作、红外光源薄膜热应力的释放以及机械强度低等技术瓶颈问题,并简单展望了MEMS红外光源的未来发展趋势。

基于压电效应的MEMS振动式微能源器件

设计了一种硅基压电功能材料的四悬臂梁-中心质量块结构MEMS振动式微能源器件,可将环境振动能量有效转化为电能。采用溶胶-凝胶法制备硅基锆钛酸铅(PbZr0.53Ti0.47O3,PZT)压电功能薄膜,经干/湿法刻蚀和溅射沉积等MEMS工艺实现器件功能结构的制备。研制的器件整体结构尺寸为7 000μm×7 000μm×300μm,单个PZT压电单元面积为0.149 6 mm2。将悬臂梁上4个压电单元串联以实现输出最大化,测试结果表明,器件的谐振频率为300 Hz,适于低频振动环境;输出电压在一定范围内随加速度增加而增大;在加速度为10 g时压电单元单位面积输出电压达1.19 mV/mm2。