“个性成长、分类卓越”的课程育人探索与实践

为满足国家对人才的多样化需求和人才成长的个性化需要,笔者逐步探索、提出“个性成长、分类卓越”的人才培养理念,并以“一传四感”的课程思政教学思路厚植“空天报国”青春底色,促进个性成长的和谐性;以“注重与学生分享经验教训、注重全过程全方位互动、注重教学资源与时俱进”的教学措施培养“创新开放”综合能力,提升个性成长的主体性、创造性;以“课程链、课程树”的课程体系服务“百花齐放”发展需求,适应个性成长的独特性。经过该理念30多年的教学实践,北京航空航天大学仪器类专业一代又一代学生从中受益,涌现出一批以服务国家国防建设的未来总师、勇攀科学前沿高峰的未来科学家、面向国民经济主战场的创新创业者为代表的德智体美劳全面发展的分类卓越人才。

原木材积自动化检测系统

提出了基于自动化测试技术与计算机视觉技术的原木检尺新方法,设计、研制了相应的自动化检尺系统。工控机控制高分辨率的工业CCD数字成像单元对一手原木端面成像,并把图像数据传输到工控机。基于目前施行的国家标准,结合待识别对象的特点,设计、开发了相应的图像处理和识别软件。图像识别结果经必要的人工交互处理后按照国家标准进行计算,其结果存入专用数据库。数据库对自动化检尺过程与结果进行管理和监督。实测结果表明,自动化检尺系统的检尺方法符合国家标准,检尺结果稳定、可靠,检测误差小于1%。

基于样条曲线插值的压力传感器的温度补偿

提出了基于三次样条曲线插值的温度补偿方法,用这种方法对测压范围为0.013 3×105~3.198 9×105Pa,温度应用范围为-55^+80℃的高精度谐振筒压力传感器的实验标定结果进行了温度补偿.为加快标定过程,给出了传感器标定点数的减少方案.结果表明,在传感器的标定点数减少2/3的情况下,提出的温度补偿方法的综合误差为0.007 9%,约是基于径向基函数(RBF)神经网络的温度补偿方法的1/2,从而有效减少了传感器的标定成本和工作量.这对于解决高精度压力传感器的温度补偿问题具有一定的理论意义和工程应用价值.

谐振式硅微结构压力传感器非线性振动特性研究

本文研究了谐振式硅微结构压力传感器在单频激励和双频激励情况下的非线性振动特性。利用多尺度法研究运动方程中三次非线性项对传感器频率特性的影响规律,提出了改善谐振式硅微结构传感器特性的方法以及在实现闭环自激系统时应采取的措施。

硅谐振式微传感器开环特性测试与数据处理

为了精确计算出硅谐振式微传感器的谐振频率、谐振峰值和品质因数,根据硅谐振式微传感器的理论模型以及开环特性测试实测数据,通过分析讨论、仿真与实验从多方面比较了低通滤波与改进的最小二乘法等数据处理算法,并得到了整体最优的算法。所设计的相应程序为硅谐振式微传感器开环特性测试系统专用数据处理程序,同时本文讨论的算法也适用于其他类似的数据处理。

硅压阻式传感器的温度特性及其补偿

基于硅压阻式传感器的工艺过程与后续电路设计 ,讨论了减小其温度影响的措施。文中对在相同的硅基底上 ,采用诸如扩散、离子注入、薄膜淀积以及溅射等不同加工工艺制作实现的不同的压敏电阻特性 ,特别是温度特性进行了探讨和比较。针对一种具体的硅杯结构的压阻式传感器 ,设计、选择了加工工艺 ,给出了压敏电阻的近似温度补偿公式 。

一种基于谐振音叉的新型差动式硅微加速度计设计与分析

为提高谐振式加速度计灵敏度、稳定性以及减小加速度计体积,本文提出一种结构新颖的谐振式硅微加速度计。采用一级微杠杆机构对质量块惯性力进行放大,通过一对差动布置的双端固支音叉谐振器的固有频率变化检测惯性力,从而实现对加速度的测量。该加速度计可采用体硅加工工艺,给出了总体工艺流程。采用解析和有限元分析方法对加速度计敏感元件进行了分析,有限元分析结果与解析分析结果相吻合,有限元分析可得加速度计灵敏度为57.4 Hz/gn。分析结果表明该加速度计结构具有高灵敏度、高温度稳定性和小体积等优点。

电容式固态物含水率传感器的模型

基于同轴圆柱电容式传感器的测量原理,建立了用于固态物含水率测量的数学模型;讨论了影响电容式含水率传感器测量的有关因素;分析了含水率检测中误差产生的原因,提出相应的解决方法。

非晶/超微晶合金电子变压器谐波失真实验研究

针对种类繁多、特性不同的各类非晶、超微晶软磁材料的电子变压器输出信号的非线性谐波失真有着较大的差异,通过对励磁周期中磁导率变化与工作磁感应强度以及磁滞效应关系的分析,得出了输出信号的谐波失真和磁感应强度以及矩形比的关系,并拟合了近似计算总谐波失真与磁感应强度函数和提出减小谐波失真影响的办法。经测试表明磁感应强度和矩形比对总谐波失真的影响非常明显,低矩形比、高饱和磁感应强度的非晶、超微晶软磁材料可使电子变压器的谐波降低达17 dB之多。

轴对称壳谐振子振型的进动研究

谐振子式陀螺仪是近年来发展起来的一种新型的无转子和活动支承的陀螺仪。它的核心部件是一个轴对称壳谐振子。本文研究了这种谐振子旋转时振型的进动情况,对于设计和研制类似于半球谐振子陀螺有重要的指导意义。

基于DSP和FPGA技术的细胞图像采集系统设计

细胞学研究领域中需要对大量细胞的生长情况进行长期的在线跟踪、记录和分析,针对细胞图像采集和处理中的数据量大、采样频率高、运算复杂等问题,设计了一种新颖的细胞图像采集系统,讨论了DSP(Digital Signal Processor)处理系统和FPGA(Field Program-mable Gate Arrays)逻辑控制系统设计中的关键技术问题,以及JPEG图像压缩算法的实现问题.系统主要由视频解码芯片、FPGA以及DSP等组成,具有功能集成、结构简单、编程灵活的特点,能够实现对大量细胞进行长期观测记录的图像采集,以及后期图像数据处理的功能.

硅谐振梁式压力微传感器边界结构参数优化

对一种硅谐振式压力微传感器敏感结构的边界结构参数进行了优化设计。所讨论的敏感结构以方形硅膜片作为一次敏感元件，直接感受被测压力。在膜片的上表面制作浅槽和硅梁，以硅梁作为二次敏感元件，间接感受被测压力。为减少敏感结构内外能量耦合，提高振子的Ｑ值，采用有限元仿真分析的方法，优化敏感边界结构参数。

半球谐振陀螺振子耦合振动的近似解析分析

半球壳是新型半球谐振陀螺的敏感部件．有效地隔离谐振子有害的耦合振动对于保证陀螺性能的可靠、稳定具有十分重要的工程价值．本文在研究半球壳谐振子支承杆结构振动的基础上，采用瑞利－里兹法（Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚｍｅｔｈｏｄ），对结构特性最佳的Ψ型谐振子最低阶耦合振动进行了分析，给出了谐振子有关参数设计的近似解析工程用方程．

半球壳弯曲振动的分析

本文对半球壳的弯曲振动(频率)进行了详细地分析研究.给出了壳体两端边界角及壁厚变化时,谐振频率的变化规律.对于研制半球壳作为敏感部件的仪表如半球壳谐振陀螺仪有重要的应用价值.

半球谐振陀螺的理论与实验研究

基于薄壳振动理论和半球壳谐振子的实际结构特征，研究了半球谐振陀螺的敏感元件即半球壳的振动特性。给出振子诺振频率和振型在环向进动的计算公式，并在所设计的半球壳样件上进行了相应的实验研究。理论计算与实验吻合。此外还给出了半球谐振陀螺闭环测量的结构图及检测原理。

单端口静电激励/电容检测谐振器的谐波分析

对单端口静电激励/电容检测谐振器在交流电压激励和带直流偏置的交流电压激励两种情况下输出电流的谐波成分进行了数值仿真分析。建立了包含几何非线性和静电非线性的谐振器动力学方程,将动力学分析的方法与数值求解以及对数值解进行FFT处理的方法相结合,分别得到了两种激励下输出电流的幅频特性。谐波分析结果表明,交流电压激励更适用于基于频域分离法的单端口静电激励/电容检测方式,并且为激励电压幅度的选择、谐振器几何参数设计以及后续电路设计提供了依据。

双端固定音叉作谐振敏感元件的电磁激励效率的理论与实验研究

为了能够增强谐振音叉的输出信号,进而提高谐振音叉的激励效率,测量、分析并比较了谐振音叉在不同激励信号下的激励效率.针对双端固定音叉,对不同激励信号从理论上进行分析.最后,利用谐振式加速度测试平台,以不同的激励信号对谐振音叉进行激励,测量输出信号.测试结果表明:激励信号的激励效率从大到小的排列顺序是:方波、正弦波、三角波、锯齿波.激励信号所加的直流偏置越大,输出的信号波形的幅值就越大.

硅谐振梁式压力传感器模拟计算

本文给出一种硅谐振梁式压力传感器的敏感结构：以２×２ｍｍ２的方形硅膜片直接敏感被测压力，膜片的上表面架设有６００×５０×５μｍ３两端固支的硅谐振梁，间接感受压力作用，谐振梁封装在真空腔内。利用谐振梁的固有频率与被测压力的关系进行测量。针对这种谐振敏感结构的特征，建立其数学模型，通过模拟计算，得到若干规律性的结果，给出一组合理的设计参数。

新型谐振式微机械陀螺设计与仿真

新型微机械陀螺采用了谐振敏感原理,其具有直接准数字式频率输出、高灵敏度、高线性、自解耦等优点。结构包括内外质量块、支撑梁、折叠梁、两级杠杆放大机构、双端固支音叉(DETF),质量块驱动梳齿、质量块反馈检测梳齿、DETF驱动和检测梳齿。采用了两级杠杆放大机构、质量块外置、框架结构等措施来提高陀螺的性能。从仿真结果可以看出,传感器灵敏度为0.309Hz/(deg·s-1)。测量范围为±300deg/s,在测量范围内,线性度为9.4×10-8。驱动方向上DETF的振幅减到外质量块振幅的2.96×10-6倍,说明陀螺具有很好的自解耦功能。

微谐振器的单端口静电激励—电容检测方法研究

提出了一种基于频域分离法的单端口静电激励—电容检测方案,解决了同频激励的双端口谐振器的耦合干扰问题,同时,采用单一电极简化了结构,既方便加工,又使检测电容的有效面积达到最大。通过对输出电流谐波组成成分的分析,选择了倍频激励方式;设计了谐振器的单端口静电激励—电容检测系统样机。实验结果表明:该系统样机可以成功获取谐振器的开环特性曲线和谐振频率、Q值等参数,为下一步实现单端口谐振器的闭环打下了基础。