超声波无线电能传输的声电通道设计

为了解决磁耦合方式无线电能传输技术在金属障碍环境下因涡流效应而效率低下问题,该文开展了金属障碍环境下超声无线电能传输技术研究。首先从声学的角度分析能量传输通道参数对声波透射系数的影响规律,并指导完成通道参数的配置。然后,采用同时共轭阻抗匹配技术完成通道输入端口与输出端口的阻抗匹配网络设计,并通过实验验证阻抗匹配网络的有效性。测试结果表明,该文所设计的超声波无线电能传输系统透11 mm厚304不锈钢障碍的理论最佳传输效率为68%,进行同时共轭阻抗匹配后通道的实际能量传输效率为56.25%,传输功率达51.53 W。该研究所达到的能量传输效率和传输功率均能满足绝大部分使用需求。该技术在军事、航天等领域具有较好的应用前景。

家用心电心音检测仪

在传统听诊器基础上将其智能化,利用高灵敏传感器采集更复杂的心脏杂音;并集成心电信号采集接口,实现心电、心音信号同步采集并数字化显示。通过配套APP将采集到的数据上传至云端服务器,通过人工智能进行大数据分析,并且智能检测病状。亚健康人群和心血管疾病的康复者可将自采的心电心音波形图发送至关联医生,便于医生及时诊断。

心电与心音信号同步智能检测方法与识别技术研究

心血管疾病的早期准确检测对降低心血管疾病的死亡率具有至关重要的意义。因此,针对心血管疾病早期检测中常用听诊与心电检测方式所存在的数字化与同步联合检测技术瓶颈,研制了基于MEMS矢量水听器芯片的高灵敏心音探头,并对其集成化设计出5路心音和标准12导联心电同步采集仪器系统。测试结果表明:所研制的心音传感探头的信噪比达40 dB,优于3M听诊器;同时该系统所采集获取的QRS波心电信号与S_(1)、S_(2)心音信号特征峰点同步,波形特征准确清晰,实验测试实现了心音的数字化检测与病症异常特征的直观辨识。此外,优化系统以期具备智能化检测诊断能力,还搭建了云服务器与数据库,并设计开发了心音智能诊断算法。通过对采集的临床病例数据测试集进行测试,结果表明,5分类心音智能识别的准确率达90%以上。因此,该检测系统对辅助医师进行心血管疾病的早期数字化检测与联合诊断具有重要的技术价值和临床指导意义。

SOI纳米波导的优化制备与弯曲损耗测试

主要针对目前SOI(Silicon-on-insulator)纳米光波导结构弯曲损耗严重的问题,系统地进行了理论仿真分析,设计出最佳的纳米波导结构,并采用MEMS工艺对其进行加工制备与优化处理。后利用了SEM(扫描电子显微镜)、AFM(原子力显微镜)、透射谱功率法等研究手段精确测试了在高纯氮退火和BOE腐蚀后处理不变的情况下,不同温度热氧化退火处理下的波导侧壁粗糙度和对应的弯曲损耗,结果表明:波导的侧壁粗糙度随退火温度的变化近似呈二次抛物线变化趋势,在900℃附近达到最低值2.1 nm,对应的半径15μm的环形波导的弯曲损耗为(0.0109±0.001)dB/turn,其损耗值与理论分析结果一致。利用这一结论就可以通过选择不同的优化处理条件来减小环形波导的弯曲损耗,从而实现光能量的高效传输。

纳米光波导表面粗糙度与散射损耗的分析与测试

针对目前纳米光波导传输中散射损耗严重的问题,详细分析了表面粗糙度与波导宽度对散射损耗的影响,给出了清晰的对应关系图。设计并采用MEMS工艺制备出纳米光波导结构,在此基础上对波导结构进行了表面粗糙度的测试,进一步提出采用高温热处理方法使波导表面粗糙度降低了3 nm左右。实验发现:高温热处理后的光波导结构其散射损耗降低到3.343 dB/cm。

基于RFID二次认证加密的智能识别系统设计

针对目前智能安防系统低成本、便捷的应用需求,为提高RFID在实际应用中既要方便易实现又要安全、稳定的性能,设计了一种基于RFID二次认证加密的智能识别系统。该系统主要是基于MIFARE-S50卡的密钥存储分区和任意一个数据分区,借助哈希码算法的不可逆性,结合UID(User Identification)完成智能识别系统的密钥认证实现。只有当数据和UID同时通过系统两次认证后,系统才能识别智能卡,从而做出相关识别动作,同时可有效识别并阻止复制卡认证。该系统支持3种工作模式:注册模式、工作模式、注销模式,可有效地确保用户的隐私和信息安全。经实验测试结果表明,该系统安全性高、稳定好、方便易操作,具有较高的应用和实践价值,可应用于学校、小区、公司等中型RFID智慧安防系统中限制非法人员的入侵。

基于STM32的心音信号采集系统的设计与实现

心脏病是一种比较常见的疾病,对人类健康的威胁巨大。而心音信号包含着大量反应心脏健康状态的病例特征信息,准确获取和辨别心音信号有助于快速完成对心脏健康的评估和识别。为更方便地辅助和指导学生理解心音产生的机理与传感信号采集的原理,助力学科交叉融合,以提升医师对心脏病的筛查和鉴别能力,以STM32为中央处理器,设计了一套能够实现心音信号高质量获取的便携式心音采集系统,并且使用配套上位机软件,完成了对心音信号波形的实时显示。实验测试结果表明,该系统所采集的心音信号中S1和S2特征清晰、间期稳定、波形平滑,并且系统运行稳定可靠,准确显示的波形对于辅助学生掌握信息采集系统原理与心音信号特征具有重要的工程实践意义。

不同沉积层的纳米波导谐振腔特性测试

为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响,设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si_3N_4薄膜和SiO_2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素,沉积后的最佳耦合间距为70~110 nm.覆层为SiO_2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB,3 dB带宽为0.12 nm;覆层为Si_3N_4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB,3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.

谐振式光纤陀螺最佳频率偏置的研究

通过光场叠加法研究了不同频率偏置下的光电探测器输出的信号、幅度噪声、信噪比与陀螺灵敏度,发现锁频精度与光电探测器输出信号的信噪比成正比,同时分析了不同谐振腔参数对锁频精度和最佳频率偏置的影响。

90后大学新生适应期手机网络依赖性分析

紧随"高等教育专题规划"任务目标,跟随调研校区90后大学新生的入学适应过程,研究分析大学新生从入学到适应过程中的"兴奋期与烦躁期"。并着重针对当前90后新生的"空寂"大学生活,在中北大学(朔州校区)采用抽样问卷调查进行"Mobile Networks(M-N)"使用状况调研。分析调研数据给出了较为详细的统计数据图,以此分析大学新生的情感、行为、思维以及认知态特点,以确定其适应期的阶段性发展过程。为后期90后新生的心里引导和教育教学开展,提供切实有效的数据依据。最后,以此为支撑提出了一些较为可行、合理的对策。

类电磁诱导透明效应在硅基微环谐振腔中的实现与优化

为在硅基光波导上实现类电磁诱导透明效应,设计并加工了基于绝缘体上硅的串联双环结构.通过300℃到1 200℃热氧化退火、缓冲刻蚀液湿法腐蚀以及1 000℃高温氮气退火等波导结构的后期处理,利用垂直光栅耦合的方式输入及输出信号,观测到了类电磁诱导透明效应.分析了两环间不同间距对类电磁诱导透明效应的影响,结果表明:工艺中单环Q值达到5.1×104,类电磁诱导透明效应透明峰的带宽约为500MHz.

绝缘体上硅微环谐振腔电光调制器的分析与最优设计

针对高频电光调制器的应用需求,提出了一种基于绝缘体上硅微环谐振腔的P-I-N型电光调制器.利用散射矩阵法描述了微环谐振腔谐振特性机理,结合等离子体色散效应中载流子浓度对硅有效折射率变化的影响,系统分析了微环谐振腔电光调制器的理论模型.在此基础上,利用Rsoft仿真软件对脊型波导截面光场分布进行了仿真分析,得到了光场局域性能较优的脊型纳米波导微环谐振腔设计;结合Sentaurus TCAD仿真软件对不同掺杂浓度下的P-I-N型二极管性能进行了仿真计算,理论得出了Q值仅为5×103时频移量达58.74GHz的微环谐振腔最优电光调制器结构,为电光调制器的深入研究提供了理论参考.

基于AlN的压电MEMS超声换能器阵列

针对目前超声换能器机电耦合系数较低的问题,本文设计了一种以氮化铝(AlN)为压电材料的微机电系统(MEMS)超声换能器阵列以提高机电耦合系数。在COMSOL Multiphysics中用模态分析确定了超声换能器工作在一阶模态下有最大的声场输出,并给出了其声场传播示意图。通过对超声换能器在工作状态时的应力分析,计算出当上电极半径为空腔半径的70%时,超声换能器有最大的发射声场效率。用网络分析仪对超声换能器的阻抗曲线进行测量,从中推导出其机电耦合系数为1.6%,展现出良好的工程应用前景。

基于RFID的家居智能寻物器的设计与实现

主要设计了一种家居智能寻物器,便于人们快速地找到钥匙、钱包、手机、公文袋等物品,节约时间.系统选择PT4450作为编码芯片,PT4303作为解码芯片,集成度高、电路搭建简单.系统采用RFID无线射频技术作为母机和子机之间的通信方式,距离可达30～40 m,且不受方向和障碍物的影响.系统实用性很强、成本低,适于工业上大批量成产.

基于SOI的压电薄膜式水听器

针对目前压阻式水听器在工作时需要外加电源、对温度敏感以及制造过程复杂的问题,提出了一种以AlN为压电材料的压电薄膜式水听器。该水听器由带有上下电极的压电薄膜以及绝缘体上硅(SOI)衬底组成。根据理论计算和有限元仿真分析对水听器的结构参数进行了优化以满足其对水下低频声信号的探测需求,并对所设计的水听器进行了微纳尺度下的一体化加工。对所制造的水听器进行了形貌测试,并用激光多普勒测振仪测试了水听器的谐振频率,实验测得的谐振频率为0.516 MHz,与理论计算值0.531 MHz非常接近,验证了理论分析的正确性,为压电水听器的研究与应用提供了一定的参考价值。

基于ATmega128的多参数室内环境监测仪的设计与实现

为了有效克服目前国内的环境监测仪器可测参数单一、不能实时监测环境的变化、采集精度低以及无报警措施的缺点,研制了基于ATmega128单片机技术和传感器技术的室内环境监测仪。多参数室内环境自动监测仪能够对温湿度、CO、甲醛、CO_2、SO_2,以及可吸入颗粒等多参数进行动态测量、实时分析、自动分等级报警,并根据测量结果,采取相应的反馈动作。已对监测仪的各个模块进行软硬件调试,系统工作稳定,参数的测量误差均在允许范围之内,可投入使用。

1 km以浅多参量混合编帧式数据采集系统设计

km级以浅水下多参量数据同步采集是海洋观测装置的关键技术,全海深海洋剖面仪子设备在越过1 km以浅海域释放的过程中,需要水下多参量信息的实时采集传输并存储。以FPGA为核心时序控制芯片,采用RS232、RS485数字接口实现对温度、盐度、深度、多轴姿态等数据的接收;采用双通道同步模数转换芯片ADS8353,设计实现2路湍流数据的同步采集。根据所接收的数字量信号和模数转换采集速率,设计了可变长度的混合帧传输结构,实现了多参量数据不同传输速率在数据实时传输和存储上的帧匹配。该设计电路和数据帧结构传输模式在实验初期应用于多参量海洋剖面仪的水库试验,实验结果表明,实时传输数据和存储回读数据无丟数,验证了设计的可靠性,能够广泛地应用于各种海洋环境监测和深海深资源探测的系统和建设中。

MATLAB在自动控制原理课程教学中的应用

结合控制系统校正中串联超前校正这一知识点,将MATLAB软件仿真融入自动控制原理的理论教学。通过形象直观的仿真结果,将理论知识具体化、生动化,同时激发学生的学习兴趣,加深学生对理论知识的理解,提高课堂效率。

基于组态软件WinCC的选煤厂监控系统设计

为了实现对选煤厂整个洗选过程的监视和控制,采用西门子组态软件Win CC对选煤厂监控系统进行了设计和开发,现场调试运行结果证明:该系统不仅运行稳定可靠,监测数据实时准确,而且使得现场生产过程的控制更加便捷,节省了劳动力,提高了选煤效率。

基于BTO/CNTs复合压电薄膜制备

介绍了一种新型的钛酸钡/碳纳米管(BTO/CNTs)压电薄膜的制备方法及其特性研究,利用BTO纳米颗粒、CNTs和聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为原材料,采用改进的sol-gel法制备出厚度均匀的复合薄膜,使用油浴极化法在一定条件下对复合薄膜极化。并利用SEM表征制备复合薄膜的掺杂效果,发现CNTs的加入加快了电子的转移速率。在周期性的外力作用下,发现其电压输出波形符合阻尼振荡模型,并测试不同配比下复合薄膜的压电电压输出,得出最佳BTO/CNTs质量比为10∶1时,薄膜的输出电压最高可达4 V。