一种基于光纤F-P腔的石墨烯谐振式压力传感器

谐振式传感器具有良好的重复性、分辨率和稳定性,全光纤谐振式微型传感器则集合了微纳结构与光纤传感特性两者的优点。石墨烯作为近年来发现的一种新型材料,具有良好的热学和力学特性,可以作为谐振式传感器中的敏感元件。本文提出了一种基于光纤F-P结构的石墨烯谐振式压力传感器,其兼具微机械传感器和光纤谐振器的优点,具有较高的谐振频率,在测量压力的实验中展现出良好的性能,压力灵敏度最高可达2. 93Hz/Pa,具有重要的应用价值。     

石墨烯纳机电谐振式传感器研究进展

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,因独特的电学和力学性质而备受关注。近年来,一系列针对石墨烯谐振特性及其应用的研究得到广泛开展,已显示出石墨烯在谐振式纳机电传感器领域巨大的应用潜力。简要描述了石墨烯优异的物理性能和目前主要的几种石墨烯制备工艺现状,重点介绍了近期石墨谐振器的实验、理论研究以及石墨烯谐振器在压力、加速度和质量等物理量传感器方面的应用进展,其中主要围绕石墨烯谐振敏感结构、敏感机理和研究方法等方面进行评述,并分析了石墨烯谐振式传感器研发所面临的挑战和发展前景。     

石墨烯谐振式振动测量研究进展

石墨烯是一种新型的超薄材料,单层石墨烯理论厚度仅为0.335 nm,基于石墨烯优异的材料特性和机械性能,可望设计制作出结构优、性能佳的石墨烯谐振敏感结构,实现超高灵敏度振动测量。本文就石墨烯谐振式振动测量研究进展进行综述,包括石墨烯谐振式振动测量研究现状、石墨烯谐振器的实验研究和理论分析等。振动测量在航空航天、汽车、微电子、建筑等方面具有普遍而重要的需求,探索研究微纳结构、超高灵敏度的石墨烯振动测量具有十分重要的理论研究意义和应用价值。     

谐振筒式液体密度传感器的设计

短筒谐振式密度传感器是以短筒谐振管为核心,基于正反馈原理,由激振元件、拾振元件、谐振子和放大电路组成的高品质闭环谐振系统．采用有限元法分析方法,研究计算了圆筒谐振子的静力学特性和模态响应等动力学特性;设计了短筒谐振管传感器和闭环振荡电路及单片机信号处理系统;分析了温度、压力、黏度等因素对测量结果的影响,对传感器进行了标定,并采用温度补偿方法提高了传感器的测量精度．实验表明20℃时传感器测量结果的不确定度为0.96kg／m3．圆筒谐振燃油密度传感器测量精度达到0.4kg,m3．     

基于不确定度分析方法的硅微传感器设计方法研究

基于谐振式硅微压力传感器敏感结构设计原理,结合不确定度分析方法,分析了各结构尺寸对敏感结构固有频率以及检测灵敏度的影响.建立基于样本的随机模型在考虑尺寸加工误差的同时,评估了谐振敏感结构各个结构尺寸传感器固有频率以及检测灵敏度的影响大小并进行了比较,从而获得了对传感器性能起关键作用的影响因素.以上的结果可以为相应传感器敏感结构设计与优化提供参考.     

微机械谐振式硅桥传感器

本文描述了微机械谐振式硅桥传感器的工作原理,硅桥制作过程以及传感器的工作特性。讨论了传感系统的检测灵敏度与光纤头到硅桥表面距离的关系。实验结果表明,激励硅桥谐振的光功率是在10～450μW,探测信号的光功率在300μW时,其系统的信噪比为25～40dβ,它具有重要的实际应用价值。     

硅微谐振式压力传感器测试方法研究

为了解决硅微谐振式传感器输出信号测试设计周期长,费用高;测试过程时间长,误差大的问题引入了了组合是敏感方法和压阻变换的原理。作为测试压力传感器的重要方法,本文介绍了上述方法的相关验证实验,最后针对实验结果做了简要分析。     

激励功率对微机械谐振梁谐振频率的影响

对谐振式微机械传感器的敏感元件——微机械谐振梁的谐振频率特性进行了详细的实验研究,并从理论上分析了激励功率对谐振频率的影响．实验结果表明,谐振频率随着激励功率的增加而近似线性减小,当激励功率从1．1mW提高到10．1mW时,谐振梁的谐振频率降低了1．609kHz,灵敏度为0．179kHz／mW．实验结论与理论分析的结果基本一致．若要使激励功率对谐振频率的影响减小,则要求降低激励功率并减小梁的长度,增大梁的厚度和宽度．上述研究结论对优化谐振式微机械传感器敏感元件结构尺寸的设计有指导意义．     

石墨烯谐振式微质量传感器研究进展

微质量传感器可以用于毒害气体,纳米颗粒的检测,被广泛用于环境检测,医疗诊断等领域。近年来,基于石墨烯材料的微质量传感器因为其大的表面积体积比,低电子噪声,及优异的吸附性被广泛研究。本文针对一类基于谐振原理的超高灵敏度石墨烯微质量传感器展开综述,重点论述了石墨烯谐振器的结构,激振拾振方案,质量敏感特性等问题,总结了关于石墨烯谐振式微质量检测的进展及挑战。     

谐振式微机械惯性传感器

对几种典型的谐振式加速度微传感器和微陀螺的结构、工作原理等方面进行了概述,分析了各自的应用特点。从中反映出谐振式微惯性传感器具有优良的特性,必有广阔的应用和发展前景。     

三维石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

目的 三维石墨烯在实际应用中所呈现的性能与其理论模拟结果相差甚远,目前尚无系统的原因分析和改进方法总结,回顾三维石墨烯的发展历程及近几年国内外研究进展是必要的,为三维石墨烯在工业设计和生产制备超级电容器电极活性材料中的应用提供参考.方法 综述三维石墨烯的制备方法,阐述其在超级电容器中应用的研究,针对三维结构塌陷问题的解决办法、杂原子掺杂提高材料整体比电容及石墨烯基电容器的理论模拟等方面进行总结.结果 三维石墨烯的制备方法主要有自组装法和模板法,自组装法还原度普遍较低,电容值一般为100～300 F/g;模板法制备的石墨烯比表面积可达500 m2/g以上;多元素掺杂体系在高电流密度下的电容保持率普遍不足80％;关于分级多孔结构的理论模拟研究不足.结论 制备分级多孔结构的三维石墨烯、多元素掺杂体系理论研究、非对称超级电容器的研究及应用将受到学者的关注.     

基于共振光隧穿效应的角加速度传感器设计

阐述了一种基于共振光隧穿效应的角加速度传感器的设计方法,分析了其传感特性,并以共振光隧穿理论为基础,利用Mathematica软件进行了仿真分析。该加速度传感器的品质因数可以达到1.96×10⁸,远高于经典F-P腔的品质因数8.183×104。灵敏度可以达到0.1°/nm,     

薄膜型声学超材料的管道消声特性研究

针对管道低频流噪声难于有效控制的弊端,设计了一种薄膜型声学超材料及其性能测试装置,根据声波传递理论计算了管道内薄膜在声压作用下的振动特性。利用COMSOL软件的声固耦合模块研究了薄膜的消声特性,并进行了对比试验。结果表明:薄膜在低频范围内有较好的消声性能,薄膜的共振频率即为其消声工作频率;薄膜的振幅越大,传递损失值越高,最高达54 dB;薄膜参数的变化对超材料的消声性能有调节作用,通过改变施加在薄膜上的预应力和薄膜厚度,分别实现了传递损失峰值频率偏移120 Hz与110 Hz;通过改变附着质量块大小,实现了100 Hz及以下超低频消声。相关研究为主动声学超材料以及紧凑型管道消声器的设计提供了依据。     

硅微谐振式加速度计的温度效应及补偿

零偏和标度因数稳定性是衡量加速度计性能的两个重要参数.为了降低硅微谐振式加速度计的温度敏感性,对其温度影响机理进行了深入研究.通过温度实验发现,硅微谐振式加速度计的零偏和标度因数与设计理论参数有较大区别,且都具有较大的温度灵敏度,分别为0.72 g/℃和1.5℃-1.对弹性模量和谐振器应力与谐振器频率的关系进行了理论计算和FEA仿真验证,其中弹性模量引起的谐振频率-温度灵敏度为-0.7 Hz/℃,谐振器应力引起的谐振频率-温度灵敏度为180 Hz/℃.阐述了加工过程中键合应力产生的原因以及键合应力与谐振器残余应力的关系,发现谐振器应力是造成加速度计输出随温度漂移的主要因素.提出了一种隔离残余应力的隔离梁的设计方案,可使零偏温度灵敏度降至-35 Hz/℃,为温度补偿指明了方向.     

机械式频率可调动力吸振器及其减振特性

为了拓宽吸振器的工作频带,提高吸振器的减振效果,研制了一种通过调节自身的几何参数来调节其固有频率的机械式频率可调动力吸振器,并设计了相应的控制方法。对吸振器的减振特性进行了理论分析。建立了多模态系统的力学模型,利用子结构导纳综合法对系统进行了仿真计算。在多模态实验平台上对该吸振器的减振效果进行了试验研究,结果表明该吸振器减振效果好,实验结果与理论结果吻合良好。     

共振式混凝土路面破碎车的自适应反推滑模控制

基于共振式混凝土路面破碎车共振机构的结构,给出了其共振频率和振幅的模型.建立了基于比例泵控马达的频率调节的非线性不确定性控制模型,设计了自适应反推滑模的控制算法,针对系统模型中的不确定性项,给出了各参数项的自适应律,基于Lyapunov函数,证明了频率输出跟踪的渐近收敛.仿真和车载测试结果表明,该方法具有较好的频率跟踪性能,能满足共振式路面破碎车的施工控制要求.     

制备方法对石墨烯电化学性能的影响

石墨烯处于当今电化学纳米材料研究的前沿,因制备方法多种多样,得到的石墨烯材料性能也存在相当大差异。综述了通过目前流行的制备方法获得的石墨烯的电化学性能研究成果,分析了制备方法间、制备条件间的不同对石墨烯电化学性能的影响。