基于MEMS的微动力系统的发展动态

综述了微动力机电系统的发展概况和研究进展,简单介绍了微型热电发生器、微燃料电池和能量收集器这3种典型的微动力机电系统的一些研究成果,在此基础上研制了一种新颖的,无运动部件的微热光电系统.     

亚毫米平板式微燃烧室性能的影响因素研究

基于氢氧十九步基元反应化学动力学机理,对应用于新型模块式微热光电系统中的亚毫米级平板式微通道燃烧室内的燃烧过程进行数值模拟,分析了通道高度、体积比、进气流量、喷口形状等参数对微容腔内氢氧燃烧的影响,获得了燃烧室外壁面温度场随各参数的变化规律,发现适当的过量氧气能获得较佳的温度分布,细长喷口可提高燃烧效率和壁面温度。这些特性分析为微热光电系统的设计提供了依据。     

微热光电系统燃烧的若干影响因素的试验研究

微热光电(MPTV)系统是一种新型微动力机电系统。通过试验研究,分析阐述了不同氢氧混合气流量、氢氧混合比等因素对MTPV燃烧器内的燃烧状况、管壁以及出口端面的温度分布的影响。试验证明,氢氧混合气在微型燃烧器内易实现稳定燃烧。当流量为2.167×10-5m3/s、混合比为2:1时,微型燃烧器的壁面温度可以达到1 300K左右。     

恒温式微热板电阻真空传感器的研究

微热板(MHP)作为一种微结构广泛运用在各种微传感器中。本文通过对微热板的传热分析，从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响；设计了一种边长为93μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器，支撑桥长65μm、宽21μm，微热板与衬底之间的气隙高度为0.5μm；采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工。测试结果显示，该微热板真空传感器气压测量范围约2Pa～105Pa,且响应特性与理论计算结果相符。     

微热板式传感器自动测控系统的研究

本文介绍微热板式微气压传感器的工作原理,及基本的特性.同时从影响传感器测试的因素出发,介绍微热板式微气压传感器的方案,及由此采取的测试系统控制策略.将模糊控制理论应用于真空控制,设计了模糊控制器,建立微热板式微气压传感器的自动测控系统,为开展传感器的性能测试提供良好的实验平台.     

微悬臂梁传感系统在Au-半导体复合纳米材料微热量检测中的应用

文中采用一种基于微悬臂梁传感器的检测系统，实现了对Au-半导体复合纳米材料的微热量检测。根据光杠杆检测的方法研究了Au-半导体复合纳米材料光热转换散发热量对微悬臂梁挠度的影响。为验证系统对此类材料微热量检测的适用性，实验选用了已知在530 nm处光热吸收峰的Au-ZnO粉末样品材料，分别取多组不同质量的样品材料进行检测，通过最小二乘法拟合出温度变化与微悬臂梁偏移量之间的关系。结果显示：温度变化与微悬臂梁偏移量呈线性关系，且0.1 mm²面积的样品薄膜拟合曲线的线性相关系数为0.996 1。比较温度检测值与实验系统的拟合值，结果基本一致，验证了系统的可靠性。     

EHD喷墨打印制备微热板气敏材料的研究

采用静电流体动力学(EHD)喷墨打印技术在微热板上沉积了气敏材料。将纳米气敏材料分散到溶剂中制备出墨水,研究了墨水材料、打印距离和针头尺寸等参数对起始电压的影响,实验结果与理论估算相一致。在制备微热板气体传感器的过程中,利用计算机控制三坐标平移台移动实现微热板与打印点的对准。采用外径为300μm、内径为180μm的针头,调节打印距离和电压,实现了气敏材料在微热板上的定位微滴打印。EHD喷墨微滴打印过程稳定,无针头堵塞现象,液滴直径约65μm,满足微热板打印需求。制备的气体传感器对甲醛表现出良好的气敏响应。     

恒温式微热板电阻真空传感器

研究了微热板的传热特性,从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响.设计了一种边长为93 μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器,支撑桥长65 μm、宽21 μm,微热板与衬底之间的气隙高度为0.5 μm;采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工.用恒温电路进行测试的结果显示,该微热板真空传感器气压测量范围约2～105 Pa,且响应特性与理论计算结果相符.     

基于CFD的氢气／空气当量比对微尺度燃烧室燃烧特性影响的分析

以美国麻省理工学院（MIT）研制的硅基六晶片微燃烧室为研究对象,提出利用二维CFD（计算流体动力学）数值模拟的方法,研究在保持微尺度燃烧室进口氢气／空气流量不变的情况下,改变氢气／空气当量比对燃烧室燃烧特性的影响。整个模拟计算主要包括氢气／空气的流动路径、微燃烧室的内部区域以及整个燃烧室的墙壁面;同时在计算过程中我们考虑了氢气／空气的流体动力学特性、传热学特性和详细的基元反应机理。结果表明,利用二维CFD数值模拟的方法研究微尺度燃烧室燃烧特性可行,与国外实际测量结果较为相似,为今后微型燃气轮机燃烧室的研制及改进提供了一定的参考依据。     

微热管的灌注抽真空制造技术

微热管是高热流密度光电芯片领域广泛应用的高效热传导元件,抽真空和灌注是其性能的重要影响工序。通过分析目前微热管制造工艺中常用的抽真空灌注技术,提出灌注抽真空微热管制造技术;分析该技术的工作原理和二次除气理论,建立工质额外充液量、微热管工作死区、二次除气集气段长度等数学模型;对比分析抽真空灌注与灌注抽真空两种制造技术的特点;搭建微热管性能测试平台,对采用灌注抽真空技术制造的铜—水沟槽式微热管进行性能测试;对比研究引入额外充液量前后,灌注抽真空技术制造的微热管传热性能的差异,发现引入额外充液量后,微热管性能提高了12倍。试验结果表明灌注抽真空技术可以很好地满足微热管的制造需求。     

一种微小通道换热器的设计和试验研究

目前阵列系统的集成度与功率越来越高,给电子元器件的冷却及可靠工作带来了严峻的挑战.文中主要介绍了一种针对高热流密度功率器件散热的微小通道换热器的理论计算和仿真分析过程,并进行了多方案的热性能测试试验.试验结果表明:该微小通道换热器在一定的边界条件下能够满足热流密度为200 W/cm2器件的散热需求和工程应用要求.     

基于多孔微热沉的大功率LED冷却技术研究

针对大功率发光二极管(Light-emitting diode,LED)具有的高热流通量、表面温度要求严格控制的特点,提出一种新型高效的基于多孔微热沉系统的散热技术来满足大功率LED散热封装的需求。分析多孔微热沉系统的工作原理以及传热特性,基于局部热力学平衡建立多孔微热沉流动与传热的数学模型,并用SIMPLE算法进行数值求解,得出微热沉的温度分布以及影响微热沉性能的一些因素。数值研究表明:在高热流密度下,微热沉散热表面的温度能维持较低水平,即使在热流达到200W/cm2时,散热表面的最高温度才55.2℃;提高工质入口流速可以降低微热沉内的温度以及散热表面的温度水平。多孔微热沉系统能够有效地解决大功率LED的散热问题,提高LED芯片的可靠性与使用寿命。     

微器件装配系统与关键技术

微装配技术是实现组合结构的微机械电子学系统的关键技术之一。本文介绍了目前两种典型的可以实现不同功能的微器件装配系统以及设计微器件装配系统的关键技术。     

微/小通道冷却技术的工程化应用

微/小通道冷却是工程领域应对电子设备"热障"的最重要的强化传热技术之一。文中阐述了微/小通道冷却技术的概念和原理以及微尺度流动、对流传热的微尺度效应和入口段效应,并详细讨论了开展微/小通道冷却技术工程化研究的若干关键问题,从而澄清了微/小通道冷却技术在目前阶段工程化应用方面的思路,为开展微/小通道换热器的工程研究和设计提供了有益的帮助。     

考虑负荷重要性的微电网电源容量优化配置

微电网内负荷分为重要负荷和可中断负荷。该文采用粒子群优化算法,在根据负荷特性的分布式电源选址基础上,对并网运行的高渗透微电网和低渗透微电网进行电源容量优化,并考虑电压水平、微电网对大电网的渗透性、分布式电源容量的限制,采用分布式电源折算到每年的建设费用、运行维护费用、向上级大电网售电或购电费用、网络损耗费用的经济性模型。该模型符合现实优化要求,算法求解效率高,其结果更具有实用性和经济性,对实际的微电网规划具有一定的指导意义。     

一种新型卧式微电火花机床的设计与实验研究

针对微电极制作的效率问题,提出了一种快速在线微电极加工成形的方法,设计了一种新型卧式微电火花机床。该机床由金刚石砂轮超精密在线电极磨削、线电极电火花在线电极磨削共同完成微米级电极的高效精密制作,该机床组成部分还包括基于CCD的在线光学尺寸检测与测量系统、精密运动与进给系统、纳秒级独立式脉冲放电电源与放电状态检测反馈系统组成。在该机床上进行了微电极制作、微小孔加工以及微电火花铣削等实验,加工出直径为15μm微细轴和直径为50μm微小孔。     

数字化微量喷点系统设计

为了实现数字化微量喷点,系统将微喷射技术与运动控制系统相结合,从微喷射技术的原理与其系统总体结构出发,分析微喷装置的工作原理,叙述了数字化微量喷点系统的总体设计与技术方案,并介绍了系统的硬件构成与软件设计过程,采用了YAMAHA-ERCX运动控制器,结合VB编程开发环境,为微喷射技术的应用提供了实际方法。本系统可用于医学、生物及医药工程等相关领域的研究。     

微流场可视化测速技术及其应用

介绍了一种针对微观流场检测数字粒子图像测速技术，通过添加荧光显微装置，改进激光入射与照明方式及聚焦平面控制，解决了微观检测的关键问题。对微流体器件中几种典型微管道进行了理论与试验研究，并定量对比与分析了仿真与试验结果，结果显示Micro—PIV是适合于微米级流场检测的有效试验手段。     

微型胃肠道介入式诊疗装置的便携定位系统设计

微型介入式诊疗装置自从问世以来,在国际医学领域的作用愈发明显。但制约其推广应用的最大问题——定位问题,仍然没有得到很好的解决。为此,本文针对于人体胃肠道生理参数遥测胶囊,设计了微型介入式胃肠道诊疗装置的便携交流激磁式定位系统,从系统工作原理、总体结构、系统模型、定位算法,以及试验等方面进行了详细论述。文章提出以载流螺线管模型计算线圈空间准静态磁场,采用基于模拟退火算法解定位方程,得到很好的定位效果。通过对试验结果分析,本文设计的便携式定位系统定位具有精度高、成本低、对人体无伤害、而且使用者不必被限制于狭小空间等优点,因此很有希望推广到临床应用。     

高频窄脉宽微细电火花加工用微能脉冲电源的研究

分析了微能脉冲电源的实现途径。采用开关管推挽工作原理设计出了具有高频窄脉宽的微细电火花加工用微能脉冲电源。并对具有陡上升沿和下降沿的高频脉冲电源工作时产生的电磁振荡现象的原因进行了深入的研究。在此基础上设计出的脉冲电源最小脉宽可达100ns，较好地满足了微细电火花加工的需要。