基于MEMS技术的双凸台微型热电能量采集器的仿真和制备

基于KOH腐蚀工艺设计并制作了具有双凸台结构的微型热电能量采集器,运用有限元法仿真器件在一定温差下的温度分布;并对器件建立了数学模型,分析凸台结构的几何参数等对器件输出性能的影响。仿真结果表明：随着顶部凸台高度的增加,温差的有效利用率逐渐升高;随着顶部凸台边长的增加,有效温差利用率逐渐降低;随着热冷端热阻的减小,器件的有效利用温差、开路电压、回路电流、输出功率都逐渐升高。从工艺上证明,基于MEMS技术的双凸台结构的微型热电能量采集器是可以加工和制备的。     

基于热电制冷的高性能温控系统设计

设计一种基于热电制冷器(TEC)的温度控制系统;介绍了实际的温度控制电路及测温电路,并优化了热电制冷器的驱动电路;运用PID增量型控制算法,实现了VO2薄膜的自动恒温;根据科恩-库恩(cohn-Coon)公式,对温控系统建模,系统地分析了控制算法和工作电流对温控的影响;经反复测试表明,该系统能够快速,准确地实现恒温,且低成本、集成度高、稳定性好、可扩展性强,具有一定的应用价值.     

聚光型太阳能热电转换系统性能分析

基于塞贝克热电转换效应,构建了聚光型太阳能热电转换系统模型。采用有限元法(FEM)计算了3种不同规格尺寸的温差发电材料的热电转换过程,分析了开路电压、输出功率、热转换效率等发电性能参数随着半导体材料尺寸、基材类型及聚热比等因素的变化规律。研究结果表明:所研究的3种材料晶粒类型中,晶粒最小的热电转换性能较佳;热电转换系统两端的冷热温差越大,产生的电压越大;基材面积与聚热比对热电转换系统的影响较大,系统输出功率与聚热比和基材面积近似呈线性关系;受热电材料品质因子的影响,系统热电转换效率随着基材面积与聚热比的增大呈先增大后减小的趋势。研究结果可为半导体热电转换系统的设计与优化提供依据。     

电子设备冷却中热电制冷的设计与应用

大适当的应用条件下,热电制冷是一种有效的电子设备冷却方法,经济性是热电制冷器设计与使用的核心问题,本文分析了制冷量对热电制冷设计和控制的影响,给出了一种提高制冷器运行经济性的控制方法。     

基于MEMS传感器的水汽测量系统

提出一种基于MEMS技术的电容式传感器,结合ARM Cortex-M3嵌入式处理器搭建电容式水汽测量系统的测控系统,以实现大气环境中的高精度湿度测量。为提高测量精度和分辨率,利用24 bitΣ-Δ数模转换器测量露点和温度。通过PID控制算法对半导体制冷器进行控制,使贴有MEMS露点传感器和温度传感器的制冷器冷端表面温度降低。当MEMS露点传感器表面温度低于露点时,其表面会产生露珠,引起MEMS电容增大。MEMS露点传感器电容值可以通过24 bitΣ-Δ电容数字转换器测量。通过Goff-Gratch方程和露点湿度转换关系,可计算出到大气湿度。测量结果表明,该系统的露点测量精度可达约±0.2℃。     

基于MEMS热电堆传感器的高温测量技术

为了拓宽MEMS热电堆传感器的温度测量范围,实现高温测量,根据MEMS热电堆传感器的原理,设计完成了A2TPMB34型MEMS热电堆传感器静态与动态标定装置,通过试验得到标定结果;同时,提供了基于MEMS热电堆传感器实现瞬态高温测试的技术方案和实现手段,并对其关键部分一红外衰减片性能进行了分析和讨论。     

基于模型识别技术的高温微型压力传感器

高温压力传感器应用在很多领域,由于高温将使放大电路工作失效,因而采用将放大电路与传感器件分离的设计方案是解决高温测量的方法之一。介绍一种将放大电路与传感器件分离的基于模型识别技术的微型电容式压力传感器。传感器件由MEMS工艺来实现,信号激励与信号处理由计算机来完成。对电路的工作过程进行了计算机仿真和试验,并给出了微型高温压力传感器的MEMS工艺设计流程。     

MEMS热电堆高温测试系统中单晶材料的红外衰减特性研究

在对PerkinElmer公司的MEMS热电堆红外探测器静态和动态特性实验研究的基础上,本文提出了由MEMS热电堆、红外衰减片、靶体和存储模块组成瞬态表面高温测试装置的方案,对拓宽测温上限的关键元件--红外陶瓷衰减片进行了较深八的研究,用MEMS热电堆测量方法测量了氧化锆陶瓷片红外吸收系数,得出了不同厚度氧化锆（熔点为2715℃）陶瓷片红外衰减倍数曲线,为基于MEMS热电堆的表面高温测试装置的设计提供了依据。     

碳纳米管薄膜气流热电发电机性能测试分析

基于碳纳米管薄膜的热电特性,设计了一种新型的薄膜式气流热电发电机。当热气流在碳纳米管薄膜材料表面流动时,在薄膜平面内形成温度梯度,通过塞贝克效应将热能直接转换为电能。利用浮动催化化学气相沉积法制备了导电性较好的透明碳纳米管薄膜,建立了气流热电发电机实验模型,对其输出电压进行了测试。实验表明:与传统的固定热源热电发电机相比,该气流热电发电机的输出电压较高。提出了集流体动力、流固耦合换热、热电效应于一体的多物理场耦合发电机制,对该实验结果进行了解释。碳纳米管薄膜气流热电发电机容易集成加工,可解决微光机电系统的电源问题,具有广阔的应用前景和实用价值。     

微型气相色谱柱芯片研究进展

微型气相色谱仪可对复杂气体组分进行现场、实时、快速地定性和定量分析.微型气相色谱柱芯片作为微型气相色谱仪的核心部件之一,决定了其分离性能的好坏.微机电系统(MEMS)技术的发展为制造微型气相色谱柱芯片提供了有效的加工技术、可灵活选择的衬底材料,甚至可以通过MEMS技术制备均匀的固定相,从而获得具有更好分离性能的微型气相...     

现代军用MEMS惯性传感器技术进展

现代化军事需求小型惯性传感器。技术已成熟的惯性导航和制导系统包括机械陀螺、环形激光陀螺(RLGs)、光纤陀螺(FOGs)以及半球共振陀螺(HRGs)。现在主要用于军事的还有微机电系统(MEMS)陀螺仪和加速计。采用光子晶体光纤(PCFs)的干涉光纤陀螺(IFOGs),即PC—IFOGs。重点阐述MEMS/集成光(IO)波导惯性传感器技术进展。分析小型陀螺仪和加速计技术发展前景及在未来快速反应,精确打击中的作用。     

基于MEMS的数据手套传感技术研究

目前数据手套大多采用机械式、光纤式或者图像识别等方法来获取手势姿态.基于MEMS传感器设计的数据手套利用MEMS传感器（三轴陀螺、三轴加速度计和三轴磁阻）,根据惯性测量原理,采用基于四元数解算的扩展卡尔曼滤波信息融合方法来获得手指全姿态信息,克服了传统方法的局限性.其穿戴方便、运动自由度大、抗干扰能力强,且不受光线条件的约束.测试和实验的结果表明,基于MEMS传感器的数据手套稳定可靠,具有一定的创新性和实际应用参考价值.     

基于∑-△M的五阶MFLR数字微加速度计闭环控制系统

为了进一步抑制加速度计信号带宽范围内的噪声,提出并设计了一种基于∑-△M的五阶多反馈谐振式（MFLR）微机械加速度计闭环控制系统,该系统通过增加额外的内部负反馈对量化噪声进行再一次整形.微机械加速度计结构为一种全差分式结构,在结构层厚度为60 μm、基底层厚度为400μm的SOI硅片上,经过光刻、溅射、深度反应离子刻蚀等工艺步骤加工而成.整个闭环控制系统的Matlab/Simulink模型首先被建立,然后采用“单位圆分析法”进行系统参数的设定,系统仿真显示：当输入幅值1gn、频率128Hz的加速度信号时,加速度计的噪声为-136.2 dB,与传统五阶MF结构的∑-△M闭环控制系统相比,在0 ～500 Hz信号带宽范围内的噪声降低了7.9dB.最后整个系统在四层PCB电路板上进行了功能性验证和测试.     

基于MIMU的行人导航算法研究

行人导航系统（Pedestrian Navigation System,PNS）为实时确定行人当前所在位置的定位导航系统,可记录人的步行轨迹或指引人抵达预设目的地。行人导航算法是由三轴MEMS（微电子机械系统）陀螺、MEMS加速度计构成的MIMU（微型惯性测量单元）和三轴磁阻传感器组合搭建的测量装置,置于行人腰部感受其行走时的运动,首先利用加速度计输出进行步态识别,其次建立步长与步长系数、步速之间的关系,使用最小二乘法标定步长系数的方法,实现了步长计算因人的行走速度、人与人行走方式不同的自适应调节,提高了步长的计算精度,最后融合捷联航向和磁航向计算行进方向,使用航迹递推计算轨迹。经测试,此算法具有较高的定位精度。     

基于Petri网的MEMS柔性设计建模方法

微机电系统设计具有微尺度效应和多物理场耦合的特点,而现有的面向产品宏观结构的CAD系统难以满足微米尺度设计需求,为此提出一种基于Petri网的MEMS柔性设计建模方法.在分析MEMS设计特点、框架和流程的基础上,对已有设计系统进行抽象化和精细化,获得高内聚低耦合的设计模块,并将Petri网与设计系统各模块相互关联,建立了基于Petri网的MEMS柔性设计建模框架;然后通过添加前置库所和带权有向弧调节库所最大/最小标识数,控制设计流的总数;再添加控制库所形成控制回路,使并发变迁有序执行,消解并行设计冲突;最后用Petri网的状态空间求解结果控制各模块运行,满足复杂设计流的多元关系.以ACIS为几何造型内核开发了自主原型系统,以电容式三维硅微梳齿驱动器设计为例进行应用验证,结果表明,文中方法将现有MEMS设计从自顶向下和自底向上及其混合拓展到基于Petri网的柔性设计建模,使产品设计不局限于固定的设计流程,对于提高MEMS设计效率和质量具有重要意义.     

MEMS半填充气相色谱柱研究

采用MEMS技术设计了一种微型半填充气相色谱柱,运用深反应离子刻蚀(DRIE)技术,对器件刻蚀深250μm,其微型色谱柱总长度为1m,宽度为160μm,槽道内部填充20μm×20μm微型柱。采用静态涂覆法对色谱柱涂覆SE—54固定相。通过理论模拟分析柱结构,得出微型半填充色谱柱具有高分离效率能力。在对酯类化合物分离测试中,选取了含酯类的化学战剂模拟剂和几种酯类食品添加剂,分别对其进行分离,所有组分在75s内被完全分离。实现了微型半填充色谱柱快速并具有高分离率。     

基于MEMS的吊车系统摆角无线测量

提出并实现一种基于微机电系统(MEMS)的吊车系统摆角无线测量方案。测量系统包含2套具有无线通信功能的基于MEMS的航姿参考系统(AHRS)模块,一套安装在吊车本体用于检测吊车本体的空间姿态,另一套安装于吊钩用于检测负载的空间姿态,以吊车本体姿态为基准校核负载的空间姿态,计算得到负载相对吊车本体的空间摆角。对提出的吊车系统摆角测量技术搭建了实验装置进行验证,实验模块集成Zig Bee无线通信和基于MEMS的AHRS。实验结果表明:装置能够有效实现吊车系统摆角的有效测量。     

RF MEMS在微波器件中的小型化应用

文章首先阐述了微电子机械系统(MEMS)技术的基本概念、工艺流程及发展概况;其次,介绍了RF MEMS技术在射频系统中的应用及RF MEMS器件在功耗、体积、质量、性能和成本上的优势;最后重点介绍了RF MEMS技术应用,包括RF MEMS开关、移相器、谐振器和滤波器等典型微波元器件,分析其结构特征、发展现状和相对于传统器件的性能优势,在此基础上展望RF MEMS技术应用前景。     

考虑边缘效应的平行平板式静电微执行器Pull-in模型

在MEMS执行器的设计中,求出准确的Pull-in参数是至关重要的。在过去的研究中,对于漏电场不能忽略的平行平板式静电微执行器,通常只能采用有限元法数值求解。但是,有限元法繁琐、费时而且不直观。平行平板电容器的漏电容解析模型通常有两种：一种简单的;一种详细的。基于这两种漏电容解析模型,分别导出了漏电场不能忽略的平行平板...