基于聚焦激波的微结构非接触式激励方法研究

为了解决MEMS微结构非接触式激励的问题,提出了一种基于聚焦激波的非接触式激励方法。该方法的基本原理是利用高压电容空气放电来产生激波,再通过半椭球腔体对激波进行聚焦,从而实现对微结构的非接触式激励。基于该方法搭建了微结构动态特性测试系统,并对矩形等截面和T型单晶硅微悬臂梁的动态特性进行了测试实验,获得了两种微悬臂梁的一阶有阻尼固有频率和阻尼比。实验结果表明:矩形等截面和T型单晶硅微悬臂梁一阶无阻尼固有频率分别为5 912 Hz和2 150 Hz。通过动态测试实验验证了基于聚焦激波非接触式激励方法在MEMS微结构激励上的有效性。

智能光谱气体检测技术赋能石化工业安全低碳高端发展

石化工业安全和环保生产形势与监管法规对智能光谱气体泄漏检测技术的应用需求强烈。首先,对比归纳了传统气体检测技术与光谱气体检测技术的优缺点。其次,介绍了国内外智能光谱气体检测技术现状,并着重剖析了在国内石化工业已获得局部成功应用的红外热成像仪、多频红外气体检测成像仪、傅立叶变换红外气体检测仪、激光雷达气体检测成像仪和智能巡检机器人等基于智能光谱气体检测技术装备的检测原理、技术特点及适用范围。第三,分析了智能光谱气体检测技术在石油化工典型场景的应用案例。最后,对我国智能光谱气体检测技术的发展思路提出了建设性意见,并给出了“加速推进智能光谱气体检测技术的研发及推广应用能够为石化工业安全低碳高端发展赋能”的结论。

用NONMEM法建立中国癫痫儿童丙戊酸钠的群体药动学/药效学结合模型

目的:建立中国癫痫儿童应用丙戊酸钠(VPA)的群体药动学药效学(PPKPD)结合模型,为设计个体化用药方案奠定基础。方法:回顾性收集246例癫痫患儿应用VPA的临床数据。血药浓度是常规监测的稳态浓度。用246例患儿的数据,通过NONMEM法已经自行成功建立PPK模型。现将246例中单用VPA的69例的数据与已经建立的PPK模型结合,建立PPKPD模型。药效指标用癫痫发作次数减少百分比,分为5级。应用Logistic回归分析,拟合线性药效模型,用NONMEM法建立PPKPD模型,求算血药浓度获得某一级疗效的概率。结果:应用Logistic回归分析,拟合线性药效模型,求算出血药浓度获得某一级疗效的概率:血药浓度超过23μg·ml-1时,5级的概率小于50%,获得4、3、2级的最大概率及浓度为(30μg·ml-1,32.3%)、(50μg·ml-1,26.3%)、(65μg·ml-1,36.5%);血药浓度超过78μg·ml-1时,1级的概率大于50%;浓度为100μg·ml-1时,1级的概率约84.2%。结论:用NONMEM法成功地建立了中国癫痫儿童应用VPA的PPKPD模型,定量地求出某一血药浓度获得不同疗效等级的概率。

非极性小分子有机液体在微管道中的流量特性

用去离子水及有机液体在内径约为25μm的石英圆管内进行了流量特性实验．液体分子量范围为18~160,动力黏性系数的范围为0.5~1mPa·s.实验雷诺数范围为Re＜8．所用有机液体为:四氯化碳、乙基苯及环己烷都是非极性液体,其分子结构尺度小于1nm．实验结果表明,在定常层流条件下,圆管内的液体流量与两端压力差成正比,其压力－流量关系仍符合经典的Hagen－Poiseuille流动．这说明非极性小分子有机液体在本实验所用微米尺度管道中其流动规律仍符合连续介质假设．鉴于微尺度流动实验的特殊性,文中还介绍了微流动实验装置,分析了微尺度流动测量误差来源及提高测量精度的措施．

基于MEMS技术的超微压压力传感器研究进展

针对国内外在硅微型压阻式压力传感器上的研究进展和产业化情况,从复合弹性元件的设计、芯片微加工工艺、芯片无应力封装和后期动静态标定等方面指出了其深入研究方向,以及产业化存在的问题和相应的对策。

基于MEMS的微泵研究现状与进展

微泵是微机电系统(MEMS)中重要的执行器件,在多个学科中发挥着重要作用。根据微泵的驱动方式,综述了近年国内外出现的各种机械式和非机械式微泵的原理和相应的性能,并简要总结了微泵选型需要注意的主要指标,对其应用前景进行了展望。

基于MEMS微惯性器件的姿态测量单元设计与测试

MEMS惯组具有体积小、价格低、易于集成等优点,已被广泛应用于各个领域。为提高MEMS姿态解算精度,采用Mahony互补滤波方法设计了MEMS惯性组件。Mahony互补滤波器将陀螺仪解算的高频姿态信号和加速度计-磁强计解算的低频姿态信号进行融合,提高测量精度。介绍了MEMS惯组硬件、软件、算法设计及无磁转台测试。无磁转台静态测量下的俯仰角精度0.51°;横滚角精度0.5°;航向角精度1.1°。

梳状音叉MEMS陀螺非随机误差分析

研究了一种典型结构的梳状音叉MEMS陀螺的非随机性误差特性。综合考虑梳状音叉MEMS陀螺质心偏移、硅的非等弹性等因素,分析该陀螺中的非随机性干扰力矩;从二阶欠阻尼控制系统的角度,讨论了干扰力矩在陀螺内调制、解调环节下对输出的影响;推导出开环灵敏度随温度、比力和角速度的变化关系。在一定近似条件下,得到梳状音叉MEMS陀螺非随机性误差模型的形式。

微电子机械系统中微致动器力矩测试技术的研究

本文提出了一种新的非接触式、高灵敏度微致动器输出力矩动态测试方法 ,以非接触测量代替接触测量 ,改间接测量为直接测量 ,最大限度地减少中间环节及测量影响因素 ,测量精度可提高一个数量级 ,测量范围可提高到 10 - 4～ 10 - 7Nm .同时 ,设计了非接触、高灵敏度微致动器力矩动态测量仪 ,并对其中的两项关键技术—非接触微力制动和微力自动加载进行了论述 。

应用硅和非硅MEMS技术的微型直接甲醇燃料电池(英文)

分别以硅和不锈钢材料为极板研制了两种结构简单、体积小、比能量密度高的微型直接甲醇燃料电池,并介绍了该电池的工作原理和结构。利用光刻、溅射和腐蚀等MEMS技术完成了硅基微型直接甲醇燃料电池的制作,实验测试表明,在室温条件下,使用1.5 mol/L甲醇溶液供液时其开路输出电压为520mV,最大输出功率密度达到5.9mW/cm2;利用非硅微加工技术完成的不锈钢微型直接甲醇燃料电池,在室温下用2mol/L甲醇溶液供液时开路输出电压为650mV,最大输出功率密度达到15.8mW/cm2。

MEMS器件真空封装用非蒸散型吸气剂薄膜研究概述

MEMS器件是机械电子系统未来的发展趋势。许多MEMS器件需要进行真空封装,从最大程度地减少残余气体,且真空封装水平的高低决定了器件的性能优劣甚至决定器件能否正常工作。常规的MEMS器件封装是在真空腔内放置块体吸气剂,占空间且容易产生微小颗粒污染。在器件的真空腔室内镀上吸气剂薄膜,吸气剂薄膜在器件高温键合的同时被激活,就可在后期维持真空腔内的真空度。非蒸散型吸气剂薄膜激活后在室温下即具有优异的吸气性能,应用于MEMS器件真空封装可以提高器件的寿命和可靠性。目前,提高非蒸散型吸气剂薄膜的吸气性能,降低其激活温度是国内外研究的焦点。本文简要介绍了非蒸散型吸气剂薄膜的吸气原理,从膜系材料和制备技术两方面分析了国内外研究现状。在膜材料方面,目前采用ⅣB族+ⅤB族组合的三元合金作为非蒸散型吸气剂薄膜的膜系材料。另外,在材料中掺入Fe、稀土元素等进行薄膜结构的修饰也是较常用的手段。值得指出的是,TiZrV合金薄膜是兼具较好的吸气性能和最低激活温度的非蒸散型吸气剂(NEG)薄膜。在制备技术方面,MEMS器件用非蒸散型吸气剂薄膜一般采用磁控溅射镀膜,磁控溅射镀膜工艺的关键是制备出柱状的纳米晶结构,该结构存在大量的晶界,可促进原子的扩散,降低激活温度。磁控溅射镀膜工艺的研究围绕靶材选择、基片温度、溅射电压、溅射气氛等。探索综合性能更优的新型材料体系和增大薄膜的比表面积仍然是目前非蒸散型吸气剂薄膜研究的关键。本文最后对非蒸散型吸气剂薄膜的研究趋势进行了展望,指出加入调节层的双层膜的激活性能和吸气性能优于单层膜,但调控机理有待明确,今后可以在TiZrV薄膜研究的基础上进一步进行双层薄膜的研究,也可横向拓展进行新型薄膜体系,如ZrCoRE等新型合金薄膜的研究。

非硅MEMS惯性开关可靠性研究

非硅MEMS惯性开关具有体积小、成本低、可批量生产以及强度和导电性能较好的优点,但其可靠性问题制约了其应用领域。通过开展非硅MEMS惯性开关的可靠性实验(包括温度循环实验和随机振动实验),找出其主要失效模式为分层。通过对失效部位进行分析,并利用有限元方法分析器件上的应力分布,研究了相应的失效机理。研究结果表明:引发惯性开关分层失效的主要原因是层间产生疲劳效应,温度循环应力会使惯性开关各层间由于热膨胀系数失配而产生疲劳,而振动应力则直接加载在惯性开关上而使其产生疲劳;惯性开关中铬层与铜层之间最易发生失效,而分析表明该层间界面处热应力最大;经历温度循环实验和振动实验的惯性开关相较只经历一种实验的样本更容易失效,进一步说明了温度循环应力会使开关层间发生疲劳,而振动应力则会引起应力集中而加速分层失效。

光开关的技术现状和展望

光开关是光通信的关键部件,是近年来通信领域的研究热点。文章从光开关的实现方式等方面介绍了光开关的研究与生产现状,重点介绍了MEMS光开关的研究与应用,对光开关发展趋势作了分析。

倾斜梳齿的MEMS电容式传感器惯性脉冲响应特性研究

DRIE(Deep Reactive Ion Etching)工艺加工的高深宽比梳齿电容不能保证绝对平行.本文在考虑低真空空气阻尼力的同时,研究了梳齿电容倾斜的MEMS传感器对脉冲惯性信号的响应,并分析了DRIE工艺因素对器件性能的影响.研究结果表明,当传感器为没有静电力反馈的双边电容结构时,梳齿电容的不平行对传感器的响应位移、惯性脉冲响应线性度范围影响明显,且随着封装真空度增加而加重.若传感器有静电力反馈,惯性脉冲响应的灵敏度降低,但DRIE工艺因素的影响程度降低.为了抑制DRIE工艺导致的梳齿电容不平行因素的影响,文中还设计了一个新型的变电容面积的MEMS惯性传感器,并用ANSYS初步分析了其性能,设计了其详细的制作工艺流程.

梯度RBF神经网络在MEMS陀螺仪随机漂移建模中的应用

为了提高使用精度,研究了某型号MEMS陀螺仪的随机漂移模型。采用游程检验法分析了该陀螺仪随机漂移数据的平稳性,并根据该漂移为均值非平稳、方差平稳的随机过程的结论,采用梯度径向基(RBF)神经网络对漂移数据进行了建模。实验结果表明:相比经典RBF网络模型而言,这种方法建立的模型能更好地描述MEMS陀螺仪的漂移特;相对于季节时间序列模型而言,其补偿效果提高了大约15%。

基于MEMS IMU和运动约束的共享单车定位算法

由于全球卫星导航系统在城市环境中信号遮挡严重,共享单车在这类关键区域难以实现连续可靠的定位。为解决这一问题,利用MEMS IMU和自行车运动特性,设计了一种基于惯性导航系统(INS)和非完整性约束(NHC)的融合推算定位方案(NHC/INS)。尤其是深入探讨了IMU安装角误差与NHC杆臂补偿对自行车NHC/INS定位性能的影响。实验结果表明:(1)在卫星信号中断60 s的情况下,相较于传统惯性导航方案,NHC/INS方案在北向、东向以及垂向的定位精度分别提升了91%、95%和83%;(2)即使在卫星信号中断5 min的极端苛刻条件下,NHC/INS方案的北向、东向以及垂向的位置最大误差的RMS统计值也仅为4.0 m、2.5 m和4.0 m,能够满足共享单车的日常监管需要。

微型红外瓦斯浓度传感器的设计

设计了一种基于微镜阵与非色散红外瓦斯气体传感原理的长光程微型红外瓦斯气体浓度传感结构,该结构在有限面积内形成可靠光路,并可通过光纤网络连接和复用技术形成准分布式检测网络。该传感器不受外界电磁干扰,不会产生传感头催化剂中毒现象,具有较高的可靠性和稳定性等优点,适合井下长期监测和应急救援极端环境使用。

MEMS中变截面梁优化数学模型的建立

MEMS结构中采用变截面梁来降低应力集中的影响。建立变截面梁弯曲和振动的数学模型,对MEMS器件加工工艺提供可靠的理论依据。以增加空间利用率且保持最大转角、最大挠度和基频不变作为前提条件,分别构建最大转角尺寸刚度、最大挠度尺寸刚度表达式和基频关系式,并结合有限元分析,构建对原设计方案的优化思路,为MEMS中类似结构的设计提供优化方法。

PWM数字微小型加速度计脉宽突变研究

根据机电分析动力学原理 ,建立了 PWM悬臂电容式数字微小型加速度计摆片的机电分析动力学模型 ;在不同的参数下 ,经过对其进行大量仿真和计算 ,发现脉冲宽度产生突变 ,不再同激励加速度呈线性比例现象 ;分析了产生突变的原因 ,提出脉宽同激励加速度保持线性比例关系的必要条件 。

MEMS无线无源电容压力传感器结构设计及制备

摘要：设计了一种无线无源电容压力传感器。传感器采用MEMS工艺由硅-玻璃浆料-硅键合而成，独特的三层结构设计用以实现高温环境下的测量。应用有限元分析软件对传感器结构进行了仿真分析，并详细介绍了其加工工艺；引进了一种新型的非接触无源测量技术，用于检测传感器压敏电容极板间距的变化。测试结果表明，传感器可以实现外界压力信号与谐振频率信号之间的转化，传感器在0～200kPa压力下，谐振频率随压力变化近似成线性关系且谐振频率随压力的增大逐渐减小，灵敏度约为10．6kHz／kPa。