基于ZEMAX的仿生DRA复眼阵列的仿真与分析

昆虫DRA区域复眼阵列可以接收天空偏振光,并将包含其中的偏振信息提取出来,使昆虫复眼具备导航的功能;根据生物解剖学得出的DRA复眼阵列结构,提出一种采用MEMS工艺制作的简化阵列结构,其体积小、质量轻、视角大,通过拼合可以实现180°天空区域的偏振信息的完整获取;并在ZEMAX中建立了DRA复眼阵列模型,通过仿真分析得出此DRA复眼阵列模型采用的材料及结构合理,可以用来检测天空光偏振分布模式(E-矢量分布模式)。

仿生复眼光学偏振传感器及其大气偏振E矢量检测应用

大气光学偏振模式中包含了丰富的方向和位置信息,通过有效提取和利用大气偏振模式信息,可以实现一种全新概念的自主导航定位方式。E-矢量是其偏振信息中最为关键和最为稳定的参数,仿照昆虫的导航偏振敏感机理,设计了一种仿生复眼光学偏振传感器;根据昆虫的POL-神经元的信号处理方式,推导出传感器输出信号数学处理方法;对传感器进行了测试实验并在不同天气下对大气偏振模式中E-矢量方向进行检测。通过对晴朗无云的天气大气偏振模式进行检测,偏振E-矢量平均误差为0.467 52°。对大气E-矢量的检测表明仿生复眼光学偏振传感器能够实现对大气偏振模式的准确检测,为偏振光导航这一自主导航系统发展奠定了基础。

银纳米颗粒的物理可控生长技术

目前纳米颗粒的合成方法基本都无法实现纳米颗粒的高纯度可控生长,制约着纳米颗粒的应用发展需求,我们课题组采用全新技术,利用物理合成法——气相凝聚法,通过调节气相凝聚工艺中的工艺参数,制备了粒径可控、密度可控、可重复性的银纳米颗粒,实现了物理方法对纳米颗粒生长的可控制,且该方法简单、有效、可重复操作。接着采用龙胆紫生物大分子作为探针,进一步研究了粒径、密度不同的银纳米颗粒薄膜的表面增强拉曼散射(SERS)和表面增强荧光(SEF)效应,结合理论,验证了该物理方法对纳米颗粒的可控生长,同时进行了纳米颗粒薄膜在生化传感方面的高灵敏检测应用探索。

基于蜜蜂平衡棒的仿生MEMS导航传感器的设计与仿真

针对目前角速度传感器检测维数单一、体积大的缺点,以蜜蜂平衡棒为仿生模型,详细分析了平衡棒的导航原理,结合MEMS技术,设计了一种新型的三维角速度微传感器。利用ANSYS对传感器结构进行仿真、优化,得到了合适的结构尺寸,在±20 V的驱动电压下,传感器结构中的微柱体摆动幅度可达到7.04°,通过进一步理论计算得到翻滚、俯仰角速度产生的哥氏力为2.467×10-5N/(°.s-1),偏航角速度产生的哥氏力为7.58×10-7N/(°.s-1)。

基于硅各向同性腐蚀工艺的三维曲面壳体微谐振器制备技术

轴对称3D曲面壳体谐振器具有自身对称性好、耐冲击能力强、可靠性高的特点,是应用最为广泛的谐振器之一,但因制备工艺涉及薄壳结构的曲面成形过程,属于MEMS3D工艺,很难进行批量化制备。基于硅各向同性湿法技术对多晶硅3D曲面壳体谐振器的批量化制备工艺进行了实验研究。设计了脱模法制备多晶硅3D曲面壳体结构的工艺流程,实验优选体积比为15∶10∶75的醋酸、氢氟酸、硝酸的混合液各向同性腐蚀制备硅半球腔模具,利用自制的水浴设备和水平度可调夹具,对刻蚀液温度和扩散速度进行了有效控制,减弱了反应放热和硅基片放置不水平对硅半球腔圆度与粗糙度的影响。制备了直径为0.8~1.3mm的多晶硅3D曲面壳体结构,测试对称性最好优于0.4%,多晶硅3D曲面壳体结构的表面粗糙度优于1nm。在0.2Pa的压强下,激光多普勒测试得到曲面壳体谐振器的谐振频率为28kHz,Q值为14365,调节驱动电压和偏置电压可实现谐振器四波腹谐振模态的模式匹配,基频差趋于零。

硅半球深腔结构无损检测技术

半球深腔的加工质量是决定硅基MEMS半球陀螺精度的关键因素之一,及时检测半球深腔的形貌参数并将其反馈至加工过程,是确保高性能MEMS半球陀螺研制成功的重要措施。由于硅半球深腔的深度较大,台阶仪和光学显微成像系统无法对半球深腔的形貌特征进行有效测量。因此,需要将硅深腔结构剖开后采用扫描电镜(SEM)进行检测。这种检测方式时间周期长,且属于破坏性的样本检测,效率和测试精度都较低。提出以硅半球深腔为模具,利用PDMS铸模将硅半球深腔的结构尺寸和表面形貌转移到PDMS凸起的半球模型上,通过检测PDMS半球模型的尺寸结构和表面形貌,即可反推出硅半球深腔的尺寸特征。经实验验证,脱模后的PDMS模型可以准确地反映出半球深腔的尺寸信息,测量结果的不确定度小于5‰,有效解决了硅半球深腔无损检测的难题。