背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器制备技术研究

随着移动通信技术的快速发展,薄膜体声波滤波器逐渐向高频和大带宽方向发展。该文研究了POI(LiNbO_(3)/SiO_(2)/Si)基片上背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器制作工艺,通过研究POI基IDT光刻、背腔硅刻蚀等工艺,确定了IDT层曝光量和背腔刻蚀等关键工艺参数。研制出的背腔刻蚀型横向激励薄膜体声波谐振器,其谐振频率为4565 MHz,反谐振频率为5035 MHz,机电耦合系数为20.86%。此制备工艺对研究高频、大带宽薄膜体声波滤波器具有重要的参考意义。

C波段横向激励薄膜体声波谐振器设计与制备

针对未来移动通信对射频前端器件提出的多频率、高集成新要求,开展了兼具声表面波(SAW)谐振器和薄膜体声波谐振器(FBAR)技术特点的新型横向激励兰姆波谐振器研究。该文介绍了基于c轴择优取向氮化铝(AlN)压电薄膜的C波段横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)的结构设计、参数优化和制备方法,并进行了工艺验证。通过剥离和刻蚀等步骤制备了谐振频率4.464 GHz、品质因数3039、品质因数与频率之积(f×Q)达到1.56×10^(13)GHz、面积小于0.12 mm^(2)的低杂波XBAR谐振器,并仿真分析了其用于射频滤波器的可行性。该研究为进一步研制多频率、高集成的小型化XBAR滤波器组件提供了有效的设计技术和工艺技术支撑。

基于虚拟仪器技术的示波器研究

基于LabVIEW虚拟仪器开发平台,将虚拟仪器技术与示波器原理相结合,开发了用户操作界面人性化程度高、仿真信号种类变化多、测量结果准确性好的虚拟示波器。不仅实现了仿真信号相位、峰值、频率、直流偏移量和占空比多种参数的测量,也可以将波形以图片和数据两种方式进行保存。另外,研究了仿真信号的物理参数对信号波形的影响,便于对相位和频率等抽象物理量拥有更深更形象的理解。这种智能化虚拟示波器,实现了数据分析、处理和显示自动化、简单化,极大地提高了实验效率。

基于虚拟仪器技术的磁场的测量

以螺线管磁场测试仪为硬件基础,LabVIEW为软件支持,通过数据采集卡将两者结合,直接测得通电长直螺线管轴线上的磁场分布,实现了磁场的自动化测量。测试结果表明,不同励磁电流下,通电长直螺线管中部轴线上均为匀强磁场,且大小是端口处磁场的两倍。该方法原理直观明了,操作简单,可作为创新和研究型项目。

利用霍尔元件测量金属丝的弹性模量

将霍尔元件应用于拉伸法测弹性模量实验,直接测量了微小位移.结果表明,霍尔元件在均匀梯度磁场中霍尔电压与微小位移有良好线性关系,采用拟合法计算得到钢丝弹性模量为1.96×1011 Pa.

基于锤状沟槽型石英音叉的CO光声探测技术

针对传统商用标准石英音叉(QTF)具有振臂间距小和共振频率高等不足,该文面向气体检测领域的需求设计并制备了一款新型锤状沟槽型QTF,大气压下其共振频率为9.36 kHz,品质因数高达15000。该QTF的振臂间距为1 mm,使发散角较大的中红外光束能够无阻碍地通过振臂中心。此外,该QTF振臂顶部设有锤状结构,振臂表面刻蚀有沟槽,能提升压电耦合效率,从而增强光声信号。结合石英增强光声光谱(QEPAS)技术开发了基于该新型音叉的高灵敏CO气体传感系统。测试结果表明,CO气体传感系统的最小检测限低至7×10^(-9),归一化噪声等效吸收系数达到8.7×10^(-9)cm^(-1)·W/√Hz。通过对大气CO的连续实时监测,验证了该传感系统的有效性和可靠性。

光纤干涉次声传感器研制

设计并制作了一种基于光纤干涉仪的低频声传感器,用于检测频率小于20Hz的次声信号。该传感器利用厚度为5μm,半径为1/2inch(1inch=2.54cm)的圆形镍膜作为振膜,该振膜被平整地固定在金属腔体的一个端口,呈周边拉伸式。伸入腔室的单模光纤的端面与振膜内表面构成一个非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪(EFPI),用于检测由声音导致的振膜的振动。为了优化传感器性能,基于弹性力学原理和有限元仿真软件,分析了振膜预应力和振膜厚度对传感器一阶谐振频率的影响。仿真结果表明在一定的膜厚范围内,一阶谐振频率对预应力非常敏感而对膜厚不敏感。利用B&K 4193-L-004型标准声传感器和42AE型标准次声发射腔对所制光纤次声传感器进行了测试,结果表明该传感器在0.1~20Hz范围内具有良好的频率响应特性,对1Hz声波的灵敏度高达285mV/Pa。

用于移动机器人听觉导航的光纤麦克风阵列研制

听觉感知是移动机器人不可或缺的功能,传统电声式麦克风灵敏度较低、易受电磁干扰,致使移动机器人听觉感知能力较差,使用受到很大限制。采用自制的Fabry-Perot干涉式(FPI)光纤麦克风代替电声式麦克风,在市售移动机器人平台上构建了四元十字型光纤麦克风阵列,设计了基于FPGA的信号处理与声源定位算法程序,实现了机器人听觉感知与被动式声导航功能。介绍了FPI光纤麦克风的工作原理,测试并比较其与市售驻极体麦克风的灵敏度;优化了基于FPGA的声达时差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位算法,完成了移动机器人搭载声源定位系统的设计与集成。实验表明移动机器人搭载的光纤麦克风声源定位系统具有水平全向声源定位功能,在平均距离为6.60 m的情况下,室内定位方位角平均误差为1.54°、距离平均误差为0.09 m;室外定位方位角平均误差为1.84°、距离平均误差为0.16 m,具有较高的精确度与稳定性;且移动机器人均能准确到达声源处完成声导航功能,具有很强的实用性与广阔的应用前景。