基于强度解调的Fabry-Perot型光纤MEMS压力传感器

运用微机械系统加工技术制作了一种新型法布里-珀罗干涉型光纤微机电系统压力传感器，该传感器通过测量反射光谱的移动测量压力．运用多腔干涉原理对该传感器进行理论以及模拟分析得出，通过改变压力传感器的尺寸可较容易的调节压力线性测量范围和灵敏度．实验结果表明，在压力线性测量范围[0．1～1．0]MPa内，灵敏度可达到12．71nm／MPa（光谱移动／压力）．

基于MSP430单片机的低功耗智能轮胎监测系统设计

设计了一种超低功耗的轮胎压力智能监测系统。该系统由轮胎监测模块和中心接收模块两大模块组成,以低功耗MSP430单片机为主控,监测模块利用MPXY8020A传感芯片,进行轮胎温度和压力的检测,并将数据转化后无线发送。中心模块接受数据后进行分析、处理,实现胎压的显示、语音提示、智能管理等功能。该智能轮胎监测系统可以实现对轮胎压力的智能化监测和管理,且功耗特别低,耐用性强,具有较大的实用价值。

硅的反应离子刻蚀工艺参数研究

对硅的反应离子刻蚀(R IE)工艺参数进行了研究.通过控制变量法,得出了刻蚀速率与射频功率、刻蚀气体压强和刻蚀气体流量之间的关系曲线.结果表明,随着射频功率的增加,刻蚀速率不断增加;刻蚀速率开始随刻蚀气体压强的增加而加快,压强超过一定值时,刻蚀速率反而减小;刻蚀速率在刻蚀气体流量较小时,随气体流量的增加而加快,在较大的气体流量下反而降低.通过比较不同条件下的刻蚀结果,得到了刻蚀硅的优化工艺条件.最后用DEKTAK 6M型台阶仪测出了优化工艺条件下的刻蚀深度和粗糙度.测试结果表明在优化工艺条件下刻蚀速率快,粗糙度低.

基于ANSYS仿真的阳极键合薄膜形变量的研究

阐述了一种利用阳极键合技术加工的光纤法布里-珀罗MEMS压力传感器的工作原理,建立了考虑阳极键合产生的热应力作用下边界固支的圆膜受外加压力的薄膜形变量公式。利用有限元分析软件ANSYS对与玻璃环键合后实际结构中的膜片在压力作用下的挠度变化进行模拟,采用麦夸特(Levenberg-Marquardt)算法对模拟结果进行拟合修正,曲线拟合度达99.99%,得到了键合后实际结构中硅膜在外加压力作用下的形变量拟合公式。修正公式的曲线与实际ANSYS模拟所得数据拟合曲线的误差小于0.01%。该研究对膜片型光纤压力传感器的结构参数设计和广泛应用具有重要的理论指导意义。

F-P腔式光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新型结构的法布里-珀罗(F-P)腔光纤压力传感器。该传感器基于法布里-珀罗多光束干涉,利用压力敏感膜的纵向挠度变化带动位移柱的横向位移运动来改变F-P腔的腔长变化。详细阐述了传感器新结构的设计方法及其工作原理,分析了不同参数对传感器性能的影响。采用ANSYS软件仿真模拟了传感器压力敏感膜在压力作用下的挠度变化。结合现有的MEMS工艺,可制作出工艺简单、温度系数低、灵敏度高,且抗电磁干扰的MEMS光纤压力传感器。

硅基光纤温度传感器研究

基于单晶硅折射率随温度变化的热光效应,研究了一种硅基双波长光纤温度传感器.理论分析了单晶硅膜温度传感的机理,通过计算得到了硅膜厚度与温度测量范围之间的关系.运用双波长信号处理方法对传感器反射光强度进行分析并解调出所测量的温度.实验结果表明,在测温范围25～45℃内,当传感器测温波长为1534.3nm、1554.3nm时,该传感器对温度的响应具有良好的线性,其线性拟合度达0.9898.该温度传感器的研究对设计制作温度补偿型的硅基压力或其它物理量的测量传感器具有一定的参考价值.

基于阵列测量与数据融合的高精度硅压阻式气压变送器的研制

气压是评价大气环境变化的关键性参数。为提高传统硅压阻式气压测量系统的精度,研究并实现了一种基于MEMS气压传感器阵列式测量和粒子群优化（PSO）反向传播（BP）神经网络数据融合处理的高精度数字气压变送器,给出了相应的硬件结构和软件设计,并通过STM32平台对μC/OS-Ⅱ与μC/GUI进行了整合移植和显示优化。结合实验测量数据,从非线性误差、迟滞误差、重复性误差及其整体精度等方面对PSO-BP神经网络算法在硅压阻式气压测量系统中应用的性能进行了研究与分析。研究结果表明,在-20℃-60℃的温度范围内,本文研制的低成本嵌入式硅压阻气压变送器的整体测量精度约为±0.095%FS,基本满足大气探测应用的要求。

基于CFD和BP神经网络的超声测风仪阴影效应补偿研究

风速风向是气象观测的关键性参数,阴影效应对超声测风仪测量风速风向有显著影响。为了消除不同风速风向和温度条件下阴影效应导致的测量误差,结合超声波时差法测风原理提出了一种基于计算流体力学(CFD)仿真和反向传播(BP)神经网络数据处理的阴影效应补偿方法。首先通过CFD仿真软件Fluent对超声测风仪的风场进行模拟分析,获取了受阴影效应影响的风速、风向以及温度样本数据,然后利用这些样本从减小相对误差方面对BP神经网络算法在超声测风仪中应用的性能进行了研究与分析,最后利用超声测风仪风洞实验的测量数据对本文的阴影效应补偿方法的准确性进行了验证。研究结果表明:通过基于CFD和BP神经网络的预测模型对阴影效应进行修正后,测试系统风速风向的测量精度有显著的提升,可满足高精度超声测风的测量需求。本文的研究结果对于高精度超声测风仪的研制有一定的参考价值。

基于波长解调的Fabry-Perot型光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新的压力传感器的设计,该传感器基于Fabry-Perot腔干涉和波长解调理论测量压力.设计用MEMS技术以及普通的光通讯接插件制作出工艺简单,分辨率高的光纤MEMS压力传感器.阐述了传感器的工作原理,分析了硅膜的厚度对传感器性能的影响以及FP腔的长度对反射光信号的影响.系统采用可调谐激光器进行信号访问,利用反射谱的相位变化完成信号解调.理论分析和模拟计算验证了传感器加工制作方案的可行性.

GA-BP神经网络在气压式相对高度计中的应用研究

为了提高相对高度测量的精确性,研究并实现了一种基于气压传感器阵列式测量和遗传算法(GA)优化反向传播(BP)神经网络数据融合处理的高精度气压式相对高度计,给出了相应的硬件结构和软件设计。结合实验测量的数据和相关文献的数据,从准确性、稳定性和通用性的角度对GA-BP神经网络、传统BP神经网络以及标准计算公式在气压式相对高度计中应用的性能进行了对比分析。研究结果表明,本文提出的基于GA-BP神经网络的相对高度计具有更高的测量精度、更高的稳定性和更好的推广能力,能够满足日常相对高度的实时测量需求。

基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器的设计

以新型的石墨烯材料为压力敏感膜,设计了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤微压传感器。利用薄膜光学理论,分析了不同层数石墨烯膜的反射率特性。仿真结果表明,增加层数可以提高石墨烯膜的反射率。根据光传输矩阵的理论,研究并模拟了法珀腔的几何参数对反射信号的影响。通过分析对比几种大挠度圆膜应变的理论,建立了石墨烯薄膜的压力敏感特性模型,并利用ANSYS静态力学非线性对模型的挠度形变特性进行有限元仿真,验证了模型的准确性,为设计制作基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器提供了理论基础。

YPd_3X(X=B,C)晶体结构、弹性性质与电子结构的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)和GGA+U(在位库仑势)下,采用第一性原理方法系统地研究了三元过渡金属硼碳化合物YPd3X(X=B,C)的晶体结构、弹性性质、电子结构和成键特性.计算的晶格参数和体弹性模量均与报道的实验结果吻合,而YPd3X(X=B,C)的弹性参数计算值则表明YPd3C的硬度大于YPd3B.根据晶体机械稳定标准得到YPd3B和YPd3C的失稳临界压强分别约为16.5GPa和23GPa.由Pugh经验关系可知YPd3X(X=B,C)均属于韧性材料,且YPd3B的韧性略高于YPd3C.电子能带结构分析表明YPd3B和YPd3C均具有金属特性,且导电能力相当.由态密度和电荷密度分析得知,X与Pd之间形成较强的共价键,而Y与Pd3X之间形成离子键,化学键键能的不同是两种材料的弹性参数存在差异的内在原因.上述的研究结果为YPd3X(X=B,C)的力电材料的设计和应用提供了一定的理论依据.

基于MSP430的远程无线体温测量系统

针对目前医院临床监护中人工测量、记录病人体温的现状,提出一种远程无线体温测量系统的设计。该系统由远程体温测量模块和中心接收模块两大模块组成,以低功耗MSP430单片机为主控,远程测量块利用TN9红外温度传感器测量体温,并将数据通过nRF905射频芯片无线发送;数据由中心模块接受后通过RS232串口传给PC机,自动记录病人体温。经实际测试,该系统可以快速、准确的对病人体温进行测量、记录和管理,有低功耗、低成本、高实用性的特点,很有推广价值。

单轴应变对BaHfO_3电子结构与光学性质的调制影响

从第一性原理出发,在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法,着重研究了单轴应变对钙钛矿型陶瓷材料BaHfO3电子结构与光学性质的调制影响。研究结果表明:无应变作用时,BaHfO3是一种宽禁带绝缘体;施加单轴应变后其逐渐呈现半导体材料的特征。BaHfO3带隙随拉应变增加线性减小,压应变与带隙则具有明显的非线性关系。对光学性质的分析发现:施加压(拉)应变后,介电函数虚部尖峰增多(减小),光学吸收带边产生蓝移(红移)。此外,单轴应变作用下BaHfO3的静态介电常数和折射率均变大。上述研究表明施加单轴应变有效调制了BaHfO3的电子结构和光学性质,计算结果为应变BaHfO3光电材料的设计与应用提供了一定的理论依据。

短腔干涉式光纤微压传感器解调方法研究

为了提高短法珀腔干涉式微压传感器峰值解调法的精度,本文研究了基于法珀干涉的石墨烯光纤微压传感器的解调方法。利用FDTD Solutions光学仿真软件仿真模拟传感器的反射光谱,搭建了传感器测试系统。采用Savitzky-Golay卷积平滑滤波和洛伦兹局部拟合相结合的峰值解调法,并利用多峰解调法解调出腔长,分析压力和腔长的关系。实验结果表明:采用Savitzky-Golay卷积平滑滤波明显滤除噪声信号,洛伦兹拟合寻找波谷的精度优于高斯拟合寻找波谷的精度,在0~0.1 MPa范围,传感器灵敏度为73.766 nm/kPa。

多聚焦图像的自适应分块融合方法

人类的视觉系统对图像边缘区域非常敏感,属于不同区域的像素在边缘位置处的相似性最低。为了体现多聚焦图像在成像方面的差异,突出不同图像中的聚焦景物,提出一种基于像素块灰度相似矩阵的自适应多聚焦图像融合方法。方法以像素块灰度相似矩阵及其偏差中值作为融合的分块及融合准则,即根据像素块的灰度相似性来对融合源图进行自适应分块并依据偏差中值对分块后的图像进行融合的方法。由实验、主观评价及客观评价(标准差、清晰度、最大偏差、空间频率)结果显示,该方法优于常规小波变换融合方法。

基于红外发光管的快速视点跟踪装置研究

提出一种基于红外发光管的快速视点跟踪装置,解决目前视点跟踪技术的硬件开销大,提高响应速度慢的问题。通过控制红外发光管的明暗得到图像,并采用分水岭的方法进行灰度分割,得到关于瞳孔的边缘及其在面部的相对位置,算法复杂度低,可以得到很好的实时效果;将得到的被测者瞳孔的图像拟合成连续的曲线,根据瞳孔的边界位置、边界的斜率计算出瞳孔的中心位置。该方法计算简单,并可以判断当瞳孔部分被眼睑遮住时的瞳孔中心位置。该装置在需要快速反应的场合及便携式设备中能有效提高响应速度,解决目前视点跟踪技术的应用环境要求高及算法复杂度高的问题。

线形腔光纤激光器的光反馈效应研究

提出了一种基于线形腔光纤激光器结构的光学反馈系统,对系统输出功率变化表达式进行了推导,建立模型分析了光反馈对系统的影响,得出其与激光自混合干涉具有相同的相位灵敏度.实验中首先对系统进行了信号观测,同时改变实验条件,对不同参数的影响进行了讨论,实验结果与模拟分析相一致.结果表明:线形腔光纤激光器光反馈系统的输出条纹变化对应着待测物半个波长的位移;条纹不同的倾斜方向可实现对移动方向的辨别;通过适当调节反馈腔腔长与目标靶反射率可优化系统反馈信号的灵敏度.根据以上特性,该系统可应用于光学测量领域,例如位移、距离、速度测量等.

基于双金属膜的光纤MEMS温度传感器的设计

提出了一种新型结构的温度传感器,该传感器基于Fabry-Perot干涉和双金属效应。采用MEMS技术制作出线性度好、精度高的光纤MEMS温度传感器。阐述了传感器的工作原理,研究了传感器的力学模型,确定了温度敏感膜材料,用有限元软件ANSYS验证了模型的合理性。模拟了法珀腔的腔长对温度传感器性能的影响,为传感器的加工制作提供了理论依据。该设计可为以硅为基底的压力传感器提供一种温度补偿方法。

光纤环形激光器的环内外光反馈效应

提出了基于光纤环形激光器的环内、环外光反馈模型。系统中光反馈效应可等效为激光腔内损耗的变化,根据环内、环外两种结构分别推导得出系统输出功率变化表达式。建立数值模型对两种结构进行相应分析,得出其与传统的激光自混合干涉有着相同的相位灵敏度,并从试验中得出相一致的结果。比较环内、环外两种结构的输出现象,得到环内光反馈比环外光反馈具有更高的输出增益及条纹变化深度,即环内结构具有更好的传感特性。