基于柔性传感器阵列的边界层分离位置测定实验研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律，提出针对在飞行器外表面贴附微型传感器的分离点检测方法，给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案。研制了在柔性聚酰亚胺衬底集成微型热敏传感器的柔性传感器阵列，解决了柔性传感器阵列对微细加工工艺要求较高的难题。在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号的处理判断方式进行了验证，实验结果分析表明，研制的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量。     

用于边界层分离点检测的微型压力传感器阵列研究

基于边界层流动与分离的特性,探讨了根据表面压力分布变化,检测物体表面边界层分离点的测量方法.根据边界层分离点测量的特点,给出了一种基于柔性衬底的微型压力传感器阵列的结构设计,并对背引线技术进行了初步研究.设计的微型压力传感器阵列可有效满足边界层分离点的检测要求,进一步拓展了MEMS器件的工程应用范围.     

微型热敏剪应力传感器的温度补偿

微型热敏剪应力传感器在航空航天等领域有重要应用价值,然而基于热敏感原理的间接剪应力测量会引入流体环境温度的影响.结合热敏剪应力传感嚣的热交换模型,研究了流体环境温度变化的影响机理.分析了常用温度修正方法的应用局限性,设计了结合流体温度、从信号处理角度修正传感器输出的温度补偿方法,没有增加电路复杂程度,显著提高了测量精度.测试实验表明:当流体环境温度在10～20℃范围变化时,温度造成的输出信号偏移误差从原来的2％/℃降低到了0.5％/℃,证明了该方法的有效性.     

基于MEMS技术的微型磁性开关阵列

为了在二维微驱动系统中实时检出移动块的存在位置,试制了一种基于MEMS工艺的微型磁性开关阵列,它作为一种位置传感器通过扫描查询方式工作。本文对该传感器的工作原理、制作工艺做了详细的描述,并给出了一些实验结果。     

微型热敏传感器的薄膜电阻设计研究

应用微型热敏传感器薄膜电阻的电阻温度系数设计方法,得到基于热敏电阻的电阻温度系数的计算和设计参数.结合针对流体壁面剪应力测量的应用要求,分析多晶硅和铂金属热敏电阻的优缺点,并且对试验电阻进行电阻温度系数和时间常数的分析计算,依据计算结果确定微型热敏传感器薄膜电阻的基体材料、薄膜材料和特征尺寸等参数,为微型热敏传感器的实际应用提供参考依据和分析方法.     

三维柔性阵列触觉传感器结构设计

为减少类皮肤三维柔性触觉阵列传感器设计的复杂度,本文比较了基于导电橡胶的几种传感器结构设计方法,提出了采用整体式框架结构,节点行之间独立的非线性传感器结构.此设计不仅有利于传感器结构的加工实现,而且大大地降低了解耦算法的复杂度.仿真结果表明基于该结构的传感器可以实现大规模三维柔性触觉的信息测量以及传感器规模的扩展.     

新型接近式柔性电涡流阵列传感器系统

介绍了一种采用柔性印刷电路板工艺制作的新型接近式电涡流传感器阵列及其测试系统,以实现大面积曲面间微小间隙的实时监测。基于时分多路的扫描测试方法,对传感器阵列的设计方法、加工工艺及基底材料进行研究,设计了分叉式结构的线圈阵列及细长扁平引线电缆的柔性传感器探头。对传统的调频式振荡电路进行改进,解决线圈品质因数小的问题,提高了传感器系统的测试性能。试验结果表明,在2 mm的量程范围内,传感器系统的测量精度优于±0.5%,适用于曲面间隙的在线监测。     

一种柔性微型扑翼设计及其气动力特性的试验研究

微型扑翼机以其优良的机动性、低噪音、低成本、执行任务的多功能性以及在现代高科技局部战争中的潜在应用价值而得到各科技先进国家的重视,投入了大量精力开展研究工作。在我国也已经初步开展对微型扑翼机研究。但由于与微型扑翼飞行相关的低雷诺数空气动力学研究还处于萌芽阶段,对微型扑翼的设计研究工作尚无可供指导的成熟理论和借鉴的经验,目前微型扑翼的设计研究基本上是以试验为主。本文参照动物的扑翼飞行实例和固定翼飞行器机翼设计的经验,在对扑翼飞行基本原理分析研究的基础上,设计制作了一种微型扑翼及扑翼的驱动机构,采用直流电动机作为动力,通过调节驱动电压来控制扑动的频率。并对该微型扑翼进行了空气动力特性试验,得到了微型扑翼的空气动力特性,并从中得出了影响扑动升力的一些因素。实验结果表明,具有柔性翼面的扑翼,其产生的升力和推力较高而且比较稳定。     

全柔性热膜微传感器阵列制造工艺及性能优化

利用MEMS微加工技术,以镍作为热敏材料,在柔性衬底上制作出了全柔性热膜微传感器阵列,具有软性可弯、便于曲面贴附实现分布测量、高灵敏度的特点。结合制备工艺与性能测试,首次系统性分析掌握了氩气压强、衬底温度、溅射功率、退火温度等工艺参数对电阻温度系数的影响规律。通过优化工艺参数以提高柔性热膜微传感器的电阻温度系数,使其达到了4640 ppm/℃,并且保持了较好的线性度。     

微型光纤磁传感器的设计与制作

提出了一种基于微机电系统(MEMS)扭镜结构的光纤磁场传感器,并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度进行了检测.该MEMS光纤磁传感器由MEMS扭镜结构、磁性敏感薄膜和双光纤准直器组成.文中分析了器件的磁敏感原理和光纤检测原理,介绍了器件综合设计方法,并给出了器件的结构参数.利用MEMS加工技术成功制作出了MEMS光纤磁传感器样品,最终得到的磁传感器的尺寸为3.7 mm×2.7 mm×0.5mm.对磁传感器进行了实验测试,得到的输出实验值与理论值吻合.测试结果表明,该磁传感器的光纤检测灵敏度可达到0.65 dB/mT,最小可分辨磁场可达167 nT.将MEMS敏感结构与光纤检测相结合,该传感器兼备了两者的优点,结构紧凑、制作工艺简单、工作时无需电流激励.     

陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现

具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题,要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设计。基于Al N陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计,采用耐腐蚀的Al N陶瓷为衬底,物理化学性能稳定的Pt膜作为信号和加热器电极,经杂化修饰的In-Nb复合半导体氧化物为敏感材料,结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺,制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性,进行了有限元热仿真分析,优化了设计结构。经静态气敏测试分析,传感器阵列对浓度体积比500×10~(-6)的Cl_2和100×10~(-6)的NO_2两种气体的气敏响应时间分别为30 s和60 s左右,灵敏度最高分别为275倍和4倍,且在0~500×10~(-6)和0~100×10~(-6)检测范围均具有良好的气敏特性,对Cl_2等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。     

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0~50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。     

Vibration assisted wire electrochemical micro machining of array micro tools

Micro structures and components are widely used in modern industries, and micro machining has therefore become a popular research topic. As micro tools are essential in micro machining, wire electrochemical micro machining is introduced in the fabrication of micro tools in this paper, and micro square column tool arrays are fabricated using wire cathodes by two steps. In order to improve the machining efficiency and quality, an electrode vibration technique is used, and the effects of bubble behaviour on slit width homogeneity and edge radius are studied through simulations of the electric field. The influences of various machining parameters such as vibration conditions, electrical properties, electrolyte concentration and feedrate on the standard deviation of the slit width and on the value of the edge radius are investigated. In addition, the micro dimple array is fabricated using electrochemical micro machining by employing the micro square column tool array as the cathode.     

Artificial olfactory system with fault-tolerant sensor array

Numerous applications of artificial olfaction resulting from research in many branches of sciences have caused considerable interest in the enhancement of these systems. In this paper, we offer an architecture which is suitable for critical applications, such as medical diagnosis, where reliability and precision are deemed important. The proposed architecture is able to tolerate failures in the sensors of the array.In this study, the discriminating ability of the proposed architecture in detecting complex odors, as well as the performance of the proposed architecture in encountering sensor failure, were investigated and compared with the generic architecture. The results demonstrated that by applying the proposed architecture in the artificial olfactory system, the performance of system in the healthy mode was identical to the classic structure. However, in the faulty situation, the proposed architecture implied high identification ability of odor samples, while the generic architecture showed very poor performance in the same situation. Based on the results, it was possible to achieve high odor identification through the developed artificial olfactory system using the proposed architecture.     

陶瓷微板热隔离气体传感器阵列热干扰分析

热干扰特性是影响微热板气体传感器阵列热结构设计的重要因素之一。为探讨微热板阵列传感器单元之间的热力学特性关系,设计并制备了具有独立式加热功能的热隔离结构4单元微热板气体阵列,传感器阵列单元由Al N陶瓷衬底、Pt膜电极组成,为提高加热效率,阵列单元中间加热区采用激光微加工刻蚀热隔离通孔设计,与边缘形成微梁连接结构。利用有限元法对传感器阵列结构进行了热干扰仿真分析,验证了热隔离结构设计的合理性。给出了4种热干扰测试模式,并进行了热干扰特性测试分析,给出了4单元之间的热干扰规律曲线,得出传感器单元功耗300m W时最大干扰温度达169.6℃,最小热干扰温度84.7℃。热隔离通孔设计可有效降低传感器单元热传导损耗,热干扰分析对微热板传感器阵列的热结构设计具有重要意义。     

粉尘颗粒阵列传感器灵敏度分析

为了更好的实现粉尘颗粒浓度的测量,对阵列式光学传感器的灵敏度场进行了数学建模和分析,对传感器权重系数进行了计算。分析了不同阵列结构传感器的灵敏度系数。最后根据数学模型使用C语言进行了编程计算,并对四种结构的传感器灵敏度进行了仿真分析与图形仿真。     

基于磁传感器阵列的消化道微型诊疗装置定位跟踪方法

实时定位与跟踪是消化道微型诊疗装置实际应用中必须解决的关键问题。提出了一种基于三轴磁感传感器阵列的实时定位跟踪方法,使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁感传感器阵列检测永磁体的空间磁场,通过控制电路和USB接口适配器将检测出的信号传入计算机,最后由定位程序使用非线性最优化方法由磁场信号解出永磁体的位置和姿态信息。设计了磁定位系统,建立了三维实验平台,并开展了定位,模拟肠道轨迹跟踪和介质材料影响等实验。实验结果表明该系统能够对内置小型永磁体的电子胶囊的位置和姿态进行非接触测量,对于距离传感器阵列平面150mm的电子胶囊,平均定位精度小于7mm,平均定向精度小于6度,该系统能够对在距离传感器阵列平面80mm至250mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现轨迹跟踪,并且定位精度对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感。该系统基本能够满足消化道微型诊疗装置在体内的实时定位与连续跟踪的要求。     

采用过电铸工艺制造金属微细阵列网板

针对制作尺度10μm的超小微细阵列网板非常困难的问题,提出了采用过电铸工艺制造超小尺寸微细阵列网板的方法。建立了过电铸工艺过程的电场模型,利用有限元分析技术对过电铸工艺过程进行模拟仿真。选取优化的工艺参数(烘胶120℃/60min,曝光3000mJ/cm2,显影2min等)利用光刻制作了高度为50μm、直径为50μm的AZEXP125nXT-10A光刻胶群柱结构,以此胶膜结构作为模具进行了过电铸工艺实验,并与仿真结果进行对比,结果证明了有限元仿真的正确性。最后,通过过电铸缩孔2h获得了厚度达70μm,孔径为4μm的微细阵列网板结构。实验表明,过电铸工艺是一种低廉、安全、可批量生产的制作超小阵列网板的方法。     

基于加速度传感器阵列六自由度振动测试方法研究

利用多个加速度传感器组成传感器阵列进行六自由度振动测试,但该方法振动线速度、角速度等参数是通过对加速度信号进行积分方法获得的,数值积分随时间增长的积累误差迅速增大,限制传感器阵列长时间测量。介绍传感器阵列测试方法,对数值积分误差进行分析,并提出用基于经验模态分解(EMD)的理论数据处理方法解决上述问题,通过仿真和实验验证了该方法的有效性。