硅微谐振器的光激励

本文对硅悬臂梁谐振子的光激励进行了研究，从理论计算和实验两方面分析了悬臂梁谐振器的光激励特性。获得了谐振器响应的幅频特性曲线和激励光斑位置与谐振器输出关系的曲线。本文的结果为全光型微机械谐振器的研究提供了理论依据。     

硅微悬臂梁谐振器的电激电拾方法研究

采用电热激励、压电拾取方法对硅微机械悬臂梁的谐振性能进行了实验研究。成功实现了对硅微悬臂梁谐振器前三阶振型的实验测试。电热激励利用在硅微机械悬臂梁表面优化设计的热激励电阻加以实现。为拾取硅微悬臂梁的微弱谐振信号,在硅微悬臂梁表面优化设计并制作了压敏电阻全桥,利用压敏电阻的压电效应实现对谐振微弱信号的拾取。     

带尾纤的全光型硅微谐振器

带尾纤的全光型硅微谐振器引入了集成光学技术,具有独立的拾振光路和简单易行的拾振方式,可以完全脱离光学平台运作．对带尾纤的全光型硅微谐振器进行了实验测量及较详细的理论分析,给出了悬臂梁振子的固有谐振频率、谐振频率的总温度系数、悬臂梁对简谐激励的响应等表达式;归纳出了该谐振器具有光纤与振子间未对准误差容限较大,输出测量信号与光纤有效光学长度无关及振子谐振频率不受硅片内应力影响等特点．     

MEMS硅梁谐振式传感器的研究

通过对硅梁谐振式传感器工作原理的研究,结合Intellisuite软件对硅微悬臂梁谐振器的振动特性进行了分析,设计了具有悬臂梁结构的电热激励/压阻拾振的谐振式传感器,这种传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、准数字信号输出、成本低、与集成电路工艺兼容等优点。对研究制作过程中的关键工艺——各向异性腐蚀技术,尤其是对低温下的腐蚀工艺进行了实验研究,采用高低温相结合的湿法腐蚀工艺制作了微悬臂梁结构,通过实验分析了利用新型有机薄膜对各向异性腐蚀过程中的MEMS器件金属电极的保护效果,为实际生产和设计提供了参考依据。     

电热激励微谐振器及谐振式传感器

硅微谐振式传感器具有灵敏度和分辨率高、准数字信号输出、抗干扰能力强的优点,在精确测量领域具有独特的优势。其中,电热激励/压敏电阻拾振的微谐振器与工业IC技术兼容,可将敏感元件与信号调理电路集成在一块芯片上构成功能强大的智能传感器。着重论述了电热激励/压敏电阻拾振的硅微谐振器的几种典型结构及其制造技术,并在此基础上阐述了以该谐振器为敏感元件开发的质量流量、气体、压力、温度和接近传感器等多种谐振式传感器。     

MEMS微拾振器制备工艺研究

采用微机电系统(MEMS)技术制作了悬臂梁式压电微拾振器,该技术主要包括:sol-gel法制备PZT压电膜、干法刻蚀、湿法化学刻蚀、UV-LIGA等工艺。研制的拾振器悬臂梁结构尺寸为:长2000μm,宽600μm,硅膜厚度12μm,PZT压电膜厚1.5μm,Ni质量块长600μm、高500μm。测试表明其固有频率为610Hz,适合低频振动源环境的应用。在1gn加速度谐振激励下,电压输出达562mV。     

微拾振器压电悬臂梁结构的设计与测试

提出了一种压电悬臂梁结构的微拾振器,利用有限元法计算了结构的固有频率和电压输出,以设计适合具体应用环境的器件结构。采用MEMS技术制备了器件原型并进行了试验测试。研究表明,所制备的器件在加速度为9.8 m/s2的低频谐振激励下电压输出达200 mV以上。考虑到压电薄膜的制备和湿法刻蚀硅造成的不均匀性,可以认为,测试结果和模拟结果基本相符,为设计、制备高性能的器件打下了良好的基础。     

振梁式负压传感器

对负压力的测量可采用各种真空计或者负压传感器，但其输出量大多为非电量或模拟式电量，本文制作了一种电热激励的微悬臂梁谐振式负压传感器，它利用随微悬臂梁振动的气体分子等效于增加微梁惯性质量的原理测量气压或气体密度，利用Navier-Stokes方程和连续性方程计算作用在微悬臂梁上的惯性阻力，进而计算出谐振器谐振频率与气压的关系，分析表明，增大梁的宽度，减小梁的厚度和长度可提高传感器的灵敏度。     

光激励微型硅谐振器研究

本文介绍了一种可以形成新型光纤传感器的微型硅谐振器，其基本原理是微型硅谐振器在调制光的光热作用下产生谐振，被测物理参数使谐振频率发生改变．文中给出了用单晶硅制作桥型微谐振器的方法，研究了微型谐振器在光激励下产生振动的机理．     

光激励激型硅谐振器研究

本文介绍了一种可以形成新型光纤传感器的微型硅谐振器，其基本原理是微型硅谐振器在调制光的光热艇下产生谐振，被测物理参数使谐振频率发生改变，文中给出了用单晶硅制作桥型微谐振器的方法，研究了微型谐振器在光激励下产生振动的机理。     

基于FPGA的虚拟电源的研究与实现

设计了以FPGA为核心控制芯片的虚拟电源系统。实现了虚拟电源的硬件平台和软件系统,包括控制开关模块、电压采集模块、电压输出模块、电压自调整模块、UART模块、数值转换模块等。系统利用UART与上位机实现通信,通过控制AD5662和TPS5450芯片输出设定电压,并实时地从AD7699芯片处获得实际输出电压值,通过自调整模块使电压稳定在设定值的附近。电压测试范围从2.6V到4.2V,当系统不带负载时,输出电压的纹波小于10mV,当输出电流为1A时,输出电压纹波小于20mV。     

压电曲梁俘能器的机电耦合方程及其研究

使用哈密顿原理,建立了纯弯曲压电曲梁俘能器的机电耦合偏微分方程,对悬臂边界条件下的压电曲梁俘能器进行了模态分析,得到了俘能器在基础两向振动激励下的模态坐标方程;求解了俘能器在激励下电压与模态响应的稳定解。数值计算实例分析了激励频率、负载电阻对俘能器的电压及功率响应的影响。结果表明,曲梁俘能器与直梁俘能器的电压、功率响应规律具有相似之处,负载电阻不仅对曲梁俘能器的输出功率、输出电压有影响,也会影响其共振频率。     

基于分布式电网中DVR的补偿控制策略研究

针对动态电压恢复器（Dynamic Voltage Restorer, DVR）在分布式电网中补偿电压暂降出现的延时和控制不稳定等问题,本文提出一种无串联变压器型DVR的预测电压控制策略,该控制方法采用离散模型为一个电压源逆变器和一个用于开关控制逆变器结合生成一个接口滤波器。 在不需要任何线性控制器或调制技术下,通过DVR跟踪参考电压有效预测控制,保持负载电压在各种电压扰动下稳定输出正弦电压值。在DVR补偿控制策略方面,采用最小有功功率补偿控制策略,该方法更为有效地延长DVR补偿时间,降低DVR输出的有功功率,仿真分析与实验结果验证了所提方法的可行性。     

基于单片机控制的微波压控振荡器设计

微波压控振荡器是一种常见的微波频率源,广泛应用于通信、测量等领域.由于压控振荡器自身的特性限制,很难得到线性可预知的频率输出.设计了一种基于单片机控制的微波压控振荡器,该系统实现频率的数字可控线性输出.系统同时考虑了环境温度对系统的影响,由单片机处理分析温度传感器获取的温度值,将其结果和用户输入电压叠加,经数/模转换、运算放大后控制微波压控振荡器的偏置电压,控制输出频率.经实际测试,系统达到了微波数控压控振荡器的技术要求.     

变截面悬臂梁压电俘能器动力学特性分析

提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种不同形式的变截面悬臂梁。对比分析了三角形梁、矩形梁和具有不同宽度比梯形梁的固有频率、应力和应变分布及简谐激励输出电压响应。结果表明,三角形梁固有频率较大,输出电压最大,同时分析了不同变截面段长度对输出电压的影响。该文还分析了具有相同一阶频率、不同宽度比俘能器的输出电压,表明三角形结构单位体积压电层输出电压最大。对比分析了基体层上根部粘贴压电片和全部粘贴压电片的输出电压特性。结果表明,前者输出电压较大,发电性能更好。     

A Low-Power Stand-Alone Adaptive Circuit for Harvesting Energy From a Piezoelectric Micropower Generator

An adaptive energy-harvesting circuit with low power dissipation is presented and demonstrated, which is useful for efficient ac/dc voltage conversion of a piezoelectric micropower generator. The circuit operates stand-alone, and it extracts the piezoelectric strain energy independent of the load and piezoelectric parameters without using any external sensor. The circuit consists of a voltage-doubler rectifier, a step-down switching converter, and an analog controller operating with a single supply voltage in the range of 2.5–15 V. The controller uses the piezoelectric voltage as a feedback and regulates the rectified voltage to adaptively improve the extracted power. The nonscalable power dissipation of the controller unit is less than 0.05 mW, and the efficiency of the circuit is about 60% for output power levels above 0.5 mW. Experimental verifications of the circuit show the following: 1) the circuit notably increases the extracted power from a piezoelectric element compared to a simple full-bridge diode rectifier without control circuitry, and 2) the efficiency of the circuit is dominantly determined by its switching converter. The simplicity of the circuit facilitates the development of efficient piezoelectric energy harvesters for low-power applications such as wireless sensors and portable devices.      

弹性支撑切断式二自由度压电能量采集器研究

针对振动能量采集器对环境中振动能量响应频带较窄的问题,该文提出了一种弹性支承外部磁铁的非线性切断式二自由度压电能量采集器。该弹性支承保证了能量采集器处于双稳态中,实现了能量采集器的宽频带响应。建立了采集器的集中参数理论模型,并研究了不同频率的正弦外界激励下该能量采集器弹性支承外部磁铁与内梁自由端磁铁的间距值变化对采集器电压输出和采集频带的影响。仿真和实验结果表明,随着弹性支承的外部磁铁和内梁自由端磁铁的间距逐渐减小,采集器的均方根电压输出逐渐增大,其采集频带也相应被拓宽。当能量采集器的水平间距值从10 mm调整为5 mm时,该能量采集器一阶谐振频率的均方根电压增长了1.5倍,同时二阶谐振频带拓宽了2.25倍。     

Cyclic-averaging for high-speed analysis of resonant converters

The paper describes the development and application of a cyclic-averaging technique for the rapid analysis of high-order resonant power converters. To provide a focus to the paper, particular emphasis is given to a 3rd-order LCC voltage output converter topology. The proposed methodology predicts steady-state voltages and currents throughout the circuit, and provides estimates of the stresses on the resonant circuit components. State-space simulations and experimental results from a 350 V-input/150 V-output converter are used to demonstrate a prediction accuracy comparable with time-domain integration-based techniques is achievable, while requiring only 1/10,000th of the computation time. In addition, a comparison with Spice simulation results shows that cyclic averaging provides commensurate predictions of voltage and current stresses on the resonant circuit components. Issues arising from the stray capacitance associated with the resonant inductor, and the corresponding sensitivity of the predicted output voltage, are also considered.     

对称棱镜式环形谐振腔结构优化

由直角梯形棱镜构成的环形谐振腔的输出信号在机械振动环境下会受到影响,使输出波形幅值产生调制。为了改善谐振腔输出信号质量,从工程探索的角度出发,首次将对称型全反射棱镜纳入谐振腔的结构设计方案中。通过理论计算和有限元分析的方法,对比了两种谐振腔的光线传输特性和应力分布。结果表明,对于传输波长为632.8 nm的激光谐振腔而言,对称型结构可以保证构成谐振腔的光学元件具有对称的应力分布,降低棱镜上的应力双折射效应,提高输出信号的稳定性。对称性棱镜环形谐振腔的激光传输轨迹更稳定,装配要求更宽松,应力极值仅为非对称结构的15%。通过对比,在一个激励周期内,对称型谐振腔的激光输出能量波动相比原始结构降低了52.63%,平稳性获得了显著的改善。使用对称型环形谐振腔,对于提高我国现阶段环形激光传感器件的输出稳定性提供了一种新的技术途径。