硅微型两自由度振动轮式陀螺仪原理分析

首次提出了２ 种两自由度振动轮式陀螺仪新结构．详细分析了陀螺仪工作原理，推导了陀螺仪动力学方程．介绍了电容信号器和力矩器的工作原理．

基于MEMS的微位移传感器及其应用研究

对一种基于MEMS技术的探针进行开发,以实现微纳米尺度下的几何量测量。该探针是静电梳齿型结构,含有定齿和连接有主梁的动齿。主梁顶端的探针能够感知样品表面形貌而引起梳齿间位移,梳齿间位移能够带来梳齿间电容的变化。设计了测头的电容信号检测电路。搭建测试系统,利用该系统进行进针实验,标定测头的灵敏度为0.43 mV/nm,实验表明测头的非线性误差小于0.22%。利用该测头作为SPM测头,搭建小型SPM系统,对108 nm台阶高度的光栅结构进行了扫描。

硅微型两自由度振动轮式陀螺仪的研究

本文详细介绍了一种利用微电子加工工艺制作的硅微型两自由度振动轮式陀螺仪的新结构 ,分析了该种陀螺仪的工作原理 ,推导了陀螺仪动力学方程 ,并讨论了梳状谐振器的工作机理和陀螺仪模拟力反馈的闭环控制方案 ;

扇形梳齿驱动式微机械隧道陀螺仪的初步研究

设计了一种扇形梳齿驱动式隧道陀螺仪,意在取代现有的平板驱动方式,以此来提高陀螺仪的灵敏度.从扇形梳齿驱动的工作原理出发,推导了该型陀螺仪的运动方程,分析了结构参数与其灵敏度的内在联系.在此基础上,对陀螺仪设计中与陀螺仪性能相关的机械耦合、静电驱动频率和敏感方向刚度等问题进行了有益的探讨,揭示了静电驱动频率的选择与敏感方向品质因子和驱动方向品质因子大小之间的内在联系,为陀螺仪的尺寸优化设计奠定了理论基础.

梳齿式微机械陀螺支撑系统的结构仿真与分析

微机械陀螺是利用哥氏(wriolis)效应测量角速度的一种角速率传感器。提出一种梳齿式微机械陀螺结构,并且使用有限元仿真软件ANSYS对陀螺中的关键部件———支承梁进行结构仿真,在仿真过程中分别采用了整体建模和简化建模的方法对支撑梁的弹性系数进行了分析比较,最终得出可以采用简化模型代替整体模型对微机械陀螺中的支撑梁进行分析的结论,为陀螺支撑系统的仿真和分析提出了新的思路。

稳态法联合检测CO_2和O_2的全固态电化学传感器研究

基于O2 和CO2 在Au微电极上的稳态电化学响应特性和新型高分子固体聚合物电解质研究 ,构建了一类全新的固态电化学传感器 ,实现了常温下气体O2 和CO2 的联合检测 ,不仅消除了常规电化学传感器中电解液渗漏或干涸对器件性能的影响 ,而且具有体积小、结构紧凑。

精梳机粗纱机及环锭细纱机的发展

探讨当代精梳机、粗纱机及环锭细纱机的发展状况。从机械制造、机电一体化、自动控制、检测技术、产品质量水平、节能环保及新品种开发、新机型、新专件器材特点与应用等方面阐述了精梳机、粗纱机及环锭细纱机技术进步的主要特点及发展方向。指出:正确掌握和认识这些技术特点,对于把握精梳机、粗纱机及环锭细纱机发展的技术方向,促进这几类纺机设计、制造水平的提高,推动相关企业技术改造和产品换代升级,推动产业技术进步,促进产品质量的提高等方面都有着十分重要的意义。

不等高梳齿电容式三轴MEMS加速度传感器

利用ICP体硅深加工,本文设计分析了一种三轴三质量块的电容式加速度传感器。水平方向采用定齿偏置配置梳齿式,垂直方向采用不等高对称梳齿式;对称的布局方式,解决了各个轴向的相互干扰问题。利用有限元分析工具对设计进行模拟,证实了设计的合理性和可行性。X、Y轴向和Z轴向的灵敏度分别为1.2 fF/g和1.0 fF/g,量程为±50 g。

抗高过载微机械陀螺仪研究综述

惯性制导系统在制导炮弹中有着极其重要的作用,其中,微机械陀螺仪作为惯性制导系统的核心器件,其抗高过载能力直接制约着惯性制导系统在抗高过载环境中的应用。首先,对炮射膛内高过载环境进行了建模和量化,概括了微机械陀螺结构的高过载失效机理。其次,结合国内外相关机构公开发表的研究成果,从微机械陀螺仪的抗高过载特性的角度出发,介绍了不同测控方式、不同结构形式、不同结构材料、不同工作原理的微机械陀螺仪的抗冲击能力。最后,对相关报道和论文进行了总结和归纳,提出应从驱动-检测方式、合理的吸能释能结构配置、工作原理、新型结构材料、多级系统缓冲等方面设计和改进高过载微机械陀螺结构,以提高陀螺的抗高过载能力。

集成电容式传感器的理论模型研究

研究一种与CMOS工艺兼容的梳状电极结构电容式传感器,对其敏感电容的变化量进行理论推导,建立了一种简单的解析模型,并使用Ansys软件仿真验证。利用该解析模型能够直观的分析各种参数变化对敏感电容变化量的影响,对芯片设计、制作及测试等具有参考意义。

基于SSC-SC方案的移动无线传感器网络系统的性能分析

在N-Nakagami信道下,研究了结合切换驻留合并(SSC)与选择合并(SC)的移动无线传感器网络系统的平均符号误码率(ASEP)和中断概率(OP)性能.基于矩生成函数(MGF)的方法,推导了系统采用相移键控调制(PSK)、正交幅度调制(QAM)、脉冲幅度调制(PAM)等的ASEP的精确表达式;同时,也推导出了系统中断概率(OP)的精确闭合表达式,然后对不同系统条件下的性能做了数值仿真,验证了理论分析结果的正确性.仿真结果表明:随着分集支路数、衰弱系数的增加,衰弱因子的减小,系统的ASEP和OP性能得到了很好的改善.

多形态火焰高度的小区间光强分布检测

火焰高度是易燃化学品常规检测参数,其定量检测方法多采用人工比对或基于机器视觉的图像检测。前者受主观影响、危险性高,后者系统复杂、难以适应广谱多形态火焰,因此,提出了一种广谱火焰高度检测方法。该方法采用光热双传感器阵列配合梳状遮光装置划分火焰高度,消除相邻传感器非水平方向入射光线的干扰,并通过小区间光强分布计算进一步提高检测准确性。试验结果表明,该方法可实现广谱多形态火焰高度的准确、非接触、低成本检测,易于工程化实现。

感应式频率域磁场传感器设计

为解决长期制约我国电磁法勘探技术发展的感应式频率域磁传感器研制问题,以法拉第电磁感应定律为基础,通过对磁芯材料研制、感应线圈绕制、输出信号的开环补偿以及电场干扰信号的梳状屏蔽技术的研究,总结出传感器研制调试方法,并成功研制感应式频率域磁传感器。测试与试验结果表明,该传感器具有在3～10 000 Hz的工作频带内幅频特性曲线平坦的特点,实测结果与进口传感器相当。满足物探电磁法测量需要。

Z轴完全差分电容式加速度传感器设计分析

设计了一种Z轴完全差分电容式加速度传感器,交错梳齿、两组对称可动梳齿通过挠性梁连接在固定衬底上,对称布局使结构稳定并解决了X和Y轴向对Z轴向加速度检测的耦合干扰。对传感器在敏感方向加速度作用下的偏转特性进行分析,给出了相关理论模型并对其求解。对传感器在非敏感方向加速度作用下的扭转变形进行分析,计算该扭转对Z轴检测产生的干扰与结构之间的关系。通过结构的优化设计,使传感器在设计的量程范围内达到最佳检测效果。利用ANSYS进行模拟分析,得到该传感器的灵敏度为0.31 fF/g,验证了本设计分析的合理性、可行性和精确性。

基于梳状滤波器的光纤甲烷传感器的研究

采用基于Sagnac的保偏光子晶体光纤(polarization-maintaining photonic crystal fiber,PM-PCF)滤波器,将宽带光源精确匹配甲烷气体在近红外波段的几个吸收线谱。设计出一个简单合理的多反射气室,使得光源和甲烷气体之间能够充分相互作用,提高了系统的灵敏度。同时,在测量甲烷气体浓度时,加入乙炔气体作为干扰,通过实验验证了该方案能够有效减缓交叉气体的灵敏度。

梳齿式二维微纳传感器的物理设计

在MEMS技术的基础上,设计了一种梳齿式二维微纳传感器的芯片结构。通过应用硅基力敏感结构,实现了将微弱不可测力学信号转换为可测电信号;建立有限元模型,分析计算了微力传感器的结构和电学特性,得到了力学信号与电学信号的对应关系;对模型进行了模态分析和谐响应分析,验证了结构的固有频率和谐响应频率远离系统的工作驱动频率,保证了芯片的工作稳定性和测量精度。仿真分析结果表明,微力传感器芯片的力和力矩的分辨率分别达到2.85μN和0.0382μN·m,信号转换线性度分别达到0.999 6、0.999 9。模态固有频率(第一阶、第二阶)和谐响应频率分别为783.28 Hz、1 294.3 Hz和770 Hz,均满足性能指标要求。

仿生纤毛MEMS矢量流速传感器的结构设计及仿真分析

针对精确测量飞行器流场速度分布的需求,本文提出并设计了一种基于Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)技术的仿生纤毛矢量流速微传感器。该传感器主要由4组弯曲折叠梁、悬浮薄膜、多纤毛柱以及非对称梳齿电极对组成。运用解析法与有限元数值计算相结合的方法,分析得到所设计传感器的空气流速测量量程达到100m/s,分辨率优于0.01m/s。与已有的仿生纤毛流速微传感器相比,该传感器有望获得更大的量程和更高的分辨率。此外,还设计了微传感器的完整制备工艺流程。初步工艺试验验证了其可行性。

基于微位移定位系统MEMS梳齿位移传感器的研究

MEMS梳齿位移传感器是一种基于MEMS技术电容理论的传感器,具有体积小、重量轻、性能稳定、功耗低和易于集成等特点。首先探讨了梳齿传感器的工作原理,随后介绍了使用梳齿传感器有效检测微动工作台位移的方法,并进行了结构失效和梳齿电极不平行失效的可靠性分析。通过采用这种传感器可以达到提高微位移定位平台系统的集成度、精度、分辨率和减小定位平台系统体积的目的。

面向CMOS温度传感器的低功耗数字滤波器设计

CMOS温度传感器广泛应用于物联网传感节点,功耗属性是其重要指标.数字滤波器功耗是温度传感器功耗的主要来源之一,限制数字滤波器功耗成为实现温度传感器低功耗的重要方法.基于此,开展了面向CMOS温度传感器的低功耗数字滤波器设计,提出了一种精度自适应的数字滤波器,该滤波器由递归型CIC滤波器和基于移位加法器的FIR滤波器级联而成,可根据实测温度与用户设定阈值温度区间差值自行调节CIC滤波器级数和FIR滤波器阶数.当实测温度在阈值温度区间内时,滤波器中的所有运算单元均参与运算,滤波器处于最高精度;当实测温度在阈值温度区间外时,有选择性的关断滤波器中的运算单元,使滤波器功耗下降.对于不需要重点监测的温度区间,测温精度要求通常并不高,若依旧进行高精度温度监测,将产生许多不必要功耗开销,采用精度自适应的数字滤波器可以有效解决该问题.为了进一步降低温度传感器功耗,根据温度信号变化缓慢的特点,采用单次温度转换结合闲时关断的工作模式,并对该种工作模式下单次温度转换运算进行优化,使FIR滤波器功耗降低5.5%.温度传感器采用180 nm CMOS工艺实现,测试结果表明,当实测温度处于阈值温度区间内时,传感器在-55~115℃温度范围内可以具有0.47℃的精度,在1.8 V供电电压下,传感器数字部分功耗为20.15μW.当实测温度在阈值温度区间外时,相比于实测温度处于阈值温度区间内,传感器数字部分功耗最大可降低11.3%.

用于大型结构应变测量的光纤传感器

描述了一种梳形光纤应变传感器，从理论上导得传感器传输光功率变化和应变之间的线性关系；得到了这种传感器应变灵敏度和梳形结构参数的函数关系。实验得到的结果和理论一致．实验显示出这种传感器没有滞回特性，具有好的单值性、重复性和温度稳定性。