新的鲁棒滤波算法及在微机电系统-惯性导航系统/全球定位系统中应用

为了提高系统对不确定干扰的鲁棒性并保持较高的精度,提出一种新的鲁棒滤波算法.当系统满足可检测和可镇定的条件时,通过引入适当的滤波增益矩阵,得到指数稳定的滤波器,从而将不确定干扰对估计误差的影响限制在给定的范围内,实现鲁棒性和精度的要求.用微机电系统–惯性导航系统/全球定位系统组合导航系统中得到的试验数据对该算法进行离线验证,试验结果表明,新算法的计算量较小,并且在有不确定噪声干扰的情况下能使系统保持较高的精度.

基于微机电系统旋转调制技术的惯性导航系统设计分析

在MEMS-INS中引入旋转调制技术,通过MEMSRM惯性导航系统进行旋转调制,实现快速导航定位的目标。实验分析得到:南向精度比原先提升了22倍,北向误差率达到了原先的16倍,并且最低也能够提高1倍与6倍,本文使用的旋转调制技术与解算方案具备可行性。当时间增加后,MEMS-INS的位置误差与偏离程度更大,经过100s测试后,MEMS-RMINS比MEMS-INS的最大误差率提高了4倍左右。当导航时间延长后,将形成更大的MEMS-RMINS位置误差。采用旋转调制的方式可以使MEMS-RMINS定位精度获得较大改善,精度提升近3倍,满足某些应用场合的需求。

陶瓷材料在微机电系统中的应用

本文探讨了陶瓷材料在微机电系统(MEMS)中的应用,分析了其在传感器、振动器和执行器等领域的价值与挑战。通过压电效应和热致效应,陶瓷材料实现了在传感器中的高灵敏度、气体检测等应用,同时在振动器和执行器领域展现出了高频振动和微小位移控制的能力。优势方面,陶瓷材料具备高温稳定性、高硬度、绝缘性能和化学稳定性等特点,适用于多种复杂环境。然而,其制备难度、脆性风险和成本问题等挑战仍需解决。通过分析陶瓷材料的优势和挑战,本文旨在为MEMS领域的研究者提供深入的理解和应用指导。

微机电系统压力传感器抗干扰系统的设计

随着微机电系统技术的快速发展,压力传感器在众多领域得到广泛应用。然而,在复杂的工作环境中,压力传感器易受电磁、温度、机械等干扰因素影响,导致测量精度下降。因此,设计微机电系统压力传感器抗干扰系统具有重要的现实意义。本文针对此设计了一种微机电系统压力传感器抗干扰系统。通过系统架构设计、抗干扰硬件设计、抗干扰模块设计和抗干扰关键技术,实现对传感器信号的实时检测、干扰抑制和系统监控。实验测试结果表明,该系统能够有效降低干扰对传感器的影响,满足实际应用需求。

微机电系统半导体气体传感器检测方法

为解决微机电系统半导体气体传感器检测自主性大,一致性欠缺等问题,对传感器进行全面评价,促进性能进行,本文针对其检测方法进行了研究,检测项目包括传感器检测误差、漂移、温湿度影响试验、振动跌落试验、长期稳定性试验等通用项目,以及功率、传感器检测下限、响应时间和恢复时间等传感器特有性能参数。

微机电惯性导航系统动基座传递对准技术研究

炸弹制导化改进过程中采用微机电惯性测量装置可以降低费用,但精度不足,动基座传递对准技术的应用可以减小微机电惯性测量装置的初始误差,提高精度。文中建立了主、子惯导系统的误差模型,设计了Kalman滤波估计器,修正了微机电惯性导航装置的姿态矩阵,使子惯导在制导炸弹发射前获得最佳的初始值,从而提高了微机电惯性测量装置的精度,保证了微机电惯性测量装置使用的可行性,为炸弹制导化改进的低成本、高精度提供了条件。

一种适用于高动态强干扰环境的视觉辅助微机械捷联惯性导航系统/全球定位系统超紧组合导航系统

为解决高动态、恶劣全球定位系统(GPS)环境下微机械捷联惯性导航系统(MEMSSINS)/GPS超紧组合导航系统抗干扰能力差的问题,提出一种适用于高动态强干扰环境的视觉辅助MEMS-SINS/GPS超紧组合导航系统。将双目视觉提供的姿态信息引入MEMS-SINS/GPS超紧组合系统中,提高了平台失准角的可观测性;推导了系统的状态方程和量测方程,使用模糊控制方法对两个子滤波器的导航结果进行信息融合。通过数字仿真验证了该系统方案设计的可行性:当GPS信号受到强噪声或多径干扰造成跟踪精度下降时,双目视觉辅助MEMS-SINS/GPS超紧组合系统可以有效降低导航误差,系统位置误差和速度误差分别保持在5. 0 m和0. 5 m/s以内,有效地解决了低空飞行器在GPS信号被遮挡或干扰情况下的导航问题。

微纳电极阵等离子体微系统

发现微纳尺度结构效应能调控电荷分布,在空间中激励形成极化带电场,极化带电场中原子、分子间相互作用的特异性产生了极化带效应。设计产生极化带效应的微纳电极阵结构,通过非硅微/纳加工技术集成形成微纳电极阵等离子体微系统(NPMEMS),NPMEMS可集中或分布式地调控物质状态、产生极化带等离子体,利用其特殊的理化性能可大幅提高应用系统效率,或解决多个领域中应用技术的机理性难题。

防溜车控制系统的微机触发电路设计及可靠性分析

盾构施工过程中,当轨道坡度较大时,电瓶车会发生溜车现象。针对防溜车控制系统,对晶闸管微机触发电路进行可靠性预计,有助于提高电瓶车运行的可靠性,有效减少安全隐患。采用可靠性框图分析方法建立可靠性数学模型,通过应力分析法,对每一个单元进行了可靠性预计。分析结果表明:晶闸管微机触发电路在工作2000 h以内,其可靠度为97.36%。说明优化的防溜车控制系统能够按照要求安全可靠制动,达到了盾构施工过程要求。

基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制

以非硅表面微加工技术为基础,在玻璃衬底上设计和制造一种简单可靠并有反向冲击保护的单向一次触发微机电系统(Microelectro-mechanical system,MEMS)惯性电学开关。该设计采用连体蛇形弹簧将可动电极(质量块)悬空固定,用挡块作为反向冲击保护,其敏感方向为平行于衬底面的水平方向,整个器件使用成本较低而又方便的叠层电镀镍工艺制作。通过对弹簧-质量块系统运动过程的理论分析和有限元仿真,研究器件阈值加速度与其质量块厚度的关系,并用落锤试验对封装器件的阈值加速度以及峰值为100g(g=9.8m/s2)半正弦冲击下的响应进行了测试,得到该微开关的阈值加速度分布在58g～72g,基本符合预期设计的60g阈值加速度要求,响应时间约为10–4s量级,与有限元仿真结果吻合较好。

基于微电子机械系统加工的光刻模拟工艺研究

微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)器件的制造离不开光刻工艺,而光刻工艺的优化对于提升MEMS器件的性能至关重要。针对MEMS加工中的光刻工艺展开研究,设计一套完整的光刻模拟工艺流程,包括光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀和去胶等关键步骤。通过系统的实验和表征,优化各工艺参数,获得线宽低至0.5μm、深宽比大于20、侧壁角度接近90°的高质量硅微结构。所提出的MEMS光刻模拟工艺和优化方法,为高性能MEMS器件的制造提供了重要的理论和实践依据。

微机电系统惯性电学开关的设计与制作

基于非硅表面微加工技术,给出了微机电系统惯性电学开关的一种新式设计,该设计采用两端悬空固定的多孔弹性梁作为固定电极,由连体蛇形弹簧连接悬空的质量块作为可动电极,可动电极位于支撑层和弹性梁之间,该结构在保证微开关具有足够灵敏度的同时,可有效提高两电极间的接触效果和器件的抗冲击保护。使用成本较低的多次叠层电镀镍的方法制作了设计的微型惯性开关,并对其元器件进行了试验测试,结果表明:开关在100g加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.40ms和12μs,与有限元动力学仿真结果吻合较好,表现出较高的灵敏度和良好接触效果。

工科前沿课程课程思政案例设计与教学实践——以微机电系统与纳米技术为例

将专业课知识与思想政治理论课有机结合,实现课程思政教育是高校专业课教育的新方向和新要求。工科前沿课程是工科学生了解学科前沿动态、打好科研工作基础的重要课程,这类课程与科技前沿和日常生活结合紧密,是课程思政非常理想的载体。该文对微机电系统与纳米技术课程中的蕴含思政元素进行深入挖掘,设计相关的课程思政案例,并在教学形式、教学手段和考核方式上进行创新尝试,取得一定效果。

重构小波阈值的微机电系统-惯性测量单元降噪处理

针对随机误差对微机电系统-惯性测量单元(micro electro mechanical systems-inertial measurement unit,MEMS-IMU)输出数据精度的影响,利用离散小波变换可降噪的特点,对MEMS-IMU数据进行降噪处理。在小波降噪过程中,阈值的估计以及阈值函数的选取直接关系到降噪的质量,构建一个新的阈值函数,通过调节阈值函数中的比例因子,解决传统多重小波分解重构在降噪方面的不足。实测数据的处理结果表明:在小波降噪过程中,新的阈值函数能够有效抑制MEMS-IMU中随机误差的影响,与传统小波降噪相比,新的阈值函数降噪后,信号具有更佳的平滑度,能够有效提高捷联惯性导航系统的定位定姿精度。

基于微机电系统振镜的多频相移正弦结构光系统相位展开误差分析

随着增强现实和虚拟现实技术的发展,以及元宇宙概念的兴起,三维重建技术作为重要的内容获取手段得到了广泛的应用。其中,结构光重建技术以其高精度且不受物体表面材质纹理影响的特点,得到了研究者的重点关注。传统的结构光三维重建主要使用基于数字光处理的投影仪来投影编码图案,然而,数字光处理投影仪存在尺寸大、功率高、价格昂贵等缺点,限制了其在众多应用中的便利性。因此,微机电系统振镜因其体积小、成本低、帧率高等特点,在越来越多的三维扫描系统中,被考虑作为投影仪投影编码结构光。但限于只能投影单向条纹图案和存在红外激光器散斑效应带来的噪声的缺点,传统的基于三角测量方法并不适用。因此,该文采用相位-高度模型,搭建了基于微机电系统振镜的三维扫描系统。针对散斑效应引起的噪声,本文通过实验对比了基于微机电系统振镜常用的3种时间相位解包裹算法的抗噪性能。结果表明,多频层级法和负指数拟合法的抗噪性能较好,精度较高,而多频外差法的抗噪性能较差。该研究结果可为研究人员选择解相方法提供参考。

基于FPGA的MEMS捷联惯性导航系统设计

针对石油、煤矿等特殊环境中对小型化捷联惯性导航系统的需求,设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)单芯片控制的微机电系统-惯性测量单元(MEMS_IMU)小型化捷联惯性导航系统。系统采用ADI公司的MEMS_IMU作为惯性器件,主控芯片使用Cyclone III系列FPGA,采用可编程片上系统(SOPC)工作模式,最终制成尺寸4cm×11cm的捷联惯导系统。系统实现了数据采集、误差补偿、导航解算以及与上位机通信等功能。实验结果表明,系统能满足在钻井等小尺寸测量环境中使用,连续姿态变换过程中姿态误差小于2°,实现稳定工作。

基于微机电系统多传感器融合的车载压实度检测

在公路修筑过程中,压实度是保证公路质量的一项重要技术指标。传统的压实度检测技术复杂繁琐,检测成本高、检测精度低,导致压实度检测成为公路建造的技术瓶颈。压路机马达振动幅度与路基压实度具有相关性,采用微机电系统多传感器数据融合滤波技术,能精确检测马达振幅,将马达振动幅度与路基压实度建立函数关系,利用该函数关系可以计算路基压实度。经实际验证,本文所提方法能够较好完成车载压实度检测。

用于航天器导航的微机电系统陀螺仪通过在轨测试

在最近欧洲航天局地球探测卫星（CryoSat-2）的一次探测地球冰层覆盖变迁的任务中,应用其卫星的微机电系统（micro electro-mechanical system,MEMS）陀螺仪顺利通过了在轨测试。该星载MEMS陀螺仪由德国Goodrich公司研制,

微机电系统传感器深孔封装结构分析

为解决MEMS传感器在封装或使用过程中材料之间热匹配不良、应力集中问题,基于提出的微机电系统传感器阶梯深孔封装工艺对芯片进行封装,并运用数值模拟手段,对模块的可靠性进行分析,研究模块的温度应力和温度位移的变化规律。研究结果表明,提出的微机电系统传感器阶梯深孔封装工艺是在石英基板的内部设置阶梯状的孔洞,并与芯片内部的孔洞对齐后,采用金丝键合工艺连接将石英基板与芯片连接,并运用双组份加成型灌封胶填充固化和释放压力的目的;两种封装方式的位移曲线、应力曲线均随着温度荷载的周期性波动而波动,且应力极值不断放大,传统LCC封装工艺的芯片位移、应力明显大于阶梯深孔封装的芯片位移、应力,后者位移约为前者位移的19%~27%,后者应力约为前者应力的18%~57%,表明阶梯深孔封装结构有效改善了模块内部组件的翘曲和应力集中现象。

基于微机电系统加速度传感器的交通安全设施状态监测关键技术研究

在我国社会稳步发展的进程中,逐步构建了相对完善的道路交通网络。然而,当今城市道路车辆数量越来越多,道路交通安全事故频发,其中,有很大比例都是因为交通安全设施出现异常,因此对交通安全设施进行实时监测,对于营造安全的交通环境有重大意义。为此,本文研究了基于微机电系统(MEMS)加速度传感器的数据采集单元,用微处理器通过内部集成电路总线采集加速度传感器的数据。