低频压电式MEMS振动能量采集器研究

设计了一种低频压电d31模式的"八悬臂梁-中心质量块"结构微机电系统(MEMS)振动能量采集器,实现环境振动能量向电能的转换。首先利用溶胶-凝胶工艺实现PZT压电薄膜的异质集成制造,单个锆钛酸铅(PZT)压电敏感单元的有效尺寸为935μm×160μm×1.5μm;然后通过MEMS加工工艺完成器件微结构的加工制造,器件结构有效体积为9.936×10~(-4)cm~3;最后借助振动测试系统对该器件的各项输出性能进行测试。测试结果表明,谐振频率为60Hz、加速度激励为1g(g=9.8m/s~2)时,该能量采集器的输出电压峰-峰值为232mV。在其两端加载3.0 MΩ的负载时最大输出功率为6×10~(-4)μW,输出功率密度为0.604μW/cm~3,PZT压电敏感单元有效面积下的输出功率密度为0.025μW/cm~2。     

基于压电效应的MEMS振动式微能源器件

设计了一种硅基压电功能材料的四悬臂梁-中心质量块结构MEMS振动式微能源器件,可将环境振动能量有效转化为电能。采用溶胶-凝胶法制备硅基锆钛酸铅(PbZr0.53Ti0.47O3,PZT)压电功能薄膜,经干/湿法刻蚀和溅射沉积等MEMS工艺实现器件功能结构的制备。研制的器件整体结构尺寸为7 000μm×7 000μm×300μm,单个PZT压电单元面积为0.149 6 mm2。将悬臂梁上4个压电单元串联以实现输出最大化,测试结果表明,器件的谐振频率为300 Hz,适于低频振动环境;输出电压在一定范围内随加速度增加而增大;在加速度为10 g时压电单元单位面积输出电压达1.19 mV/mm2。     

MEMS压电-磁电复合式振动能量采集器

具有高能量输出密度的自我供电振动能量采集技术有着迫切的应用需求,是智能化MEMS器件系统发展的重要方向。研究了一种可将外界环境振动能转化为电能的MEMS压电-磁电复合振动能量采集器,其综合了压电发电和磁电发电的优势,为新型MEMS供电研究提供了新思路。利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅(PZT)压电功能薄膜的制备,采用MEMS加工技术完成器件四悬臂梁-中心质量块基础结构的设计和制作,结合集成封装技术实现微结构与永磁铁的微组装。测试结果表明:在一阶谐振频率247 Hz,10 g加速度激励的振动状态下,器件压电部分压电敏感单元与磁电部分电感线圈的单位体积最大有效输出电压分别为2.066×107和5.002×106 mV/cm3。     

微型压电能量采集器的仿真、制造与测试

理论分析得到微悬臂梁式压电能量采集器的设计准则.采用一种新颖的制造工艺,将高性能压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)块材与硅片在540 ℃高温下键合1 h后,减薄并切割成形成压电悬臂梁.使用ANSYS软件进行仿真,得到了器件的固有频率、尖端位移和电压输出的频率响应.设计一套振动能量采集器测试装置,并对器件进行测试.测试结果表明,所制得的器件固有频率为2 580 Hz,在10 m/s2的正弦加速度激励下,其输出峰-峰值电压达1.58 V,测试结果与仿真分析基本吻合.     

基于四螺旋梁-质量块的MEMS压电能量采集器北大核心

设计了一种四螺旋悬臂梁-质量块结构的压电能量采集器,将环境振动能转换为电能。采用有限元分析软件（COMSOL Multiphysics）建立结构模型,仿真结构固有频率,计算不同振动频率下器件的位移、应力、应变和电势以及不同加速度下的电压输出,仿真得到结构的一阶谐振频率为102 Hz,为后期测试提供指导。利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅（PZT）压电薄膜的制备,通过微电子机械系统（MEMS）工艺和引线键合工艺完成器件结构制造,将四个螺旋梁上的压电单元串联以实现输出最大化。性能测试结果表明：器件固有频率为110 Hz,输出电压随加速度的增大而线性增大,3g加速度下输出电压峰峰值为140 m V。     

低频响应MEMS压电式微型振动发电机北大核心

利用溶胶-凝胶工艺实现均匀致密压电(PZT)膜与Pt/Ti/SiO2/Si/SiO2晶片良好异质集成制造,结合湿法腐蚀、干法刻蚀、磁控溅射、光刻和剥离等MEMS加工工艺制造了一种"单中心质量块-8悬臂梁"结构的压电式微型振动发电机,实现了振动能向电能的转换。测试结果表明:在谐振频率16 Hz、加速度激励3 g、16个压电敏感单元相串联条件下,器件开路输出交流电压峰峰值最大,为166.40 mV;当加载1.20 MΩ负载时,输出功率最大,为0.73 nW,单位体积的输出功率为37.27 nW/cm3,压电敏感单元有效单位面积下的输出功率为0.26 nW/cm2。     

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。     

一种基于故障监测的MEMS压电能量收集器

为了实现对轮船发动机故障监测系统的可持续供电,针对轮船发动机振动特性以及故障监测系统应用需求,设计了一种基于d31工作模式的微机电系统(MEMS)压电振动能量收集器。该能量收集器采用了共质量块压电悬臂梁阵列结构,与传统单梁结构相比,其降低了MEMS压电振动能量收集器的机械阻尼。通过ANSYS软件对结构进行了优化设计,得到压电悬臂梁的优化尺寸为2.72mm×3.55mm×0.125mm,硅质量块的优化尺寸为14mm×8.45 mm×0.575 mm。设计了器件的加工工艺流程,并完成了芯片的制作。在加速度2g(g=9.8m/s2),谐振频率606Hz,最优化负载45kΩ下,输出电压为4.32V,输出功率为414.7μW,能够满足故障检测系统的可持续供电需求。     

新型MEMS压电微能源驱动的乳化液泵站ZigBee振动监测系统研究

为确保矿用乳化液泵站安全运行,提出一种基于新型MEMS压电能量收集器的振动状态监测系统。器件为八悬臂梁-中心质量块结构,利用MEMS加工工艺制造,总体尺寸为7000 μm×7000 μm×400 μm;能源管理模块以LTC3331为核心设计,可稳定输出3.3 V直流电压;无线传感网络基于ZigBee技术构建,终端节点的振动加速度采样率控制在10 Hz。经振动台系统测试表明,微能源阵列输出电压最大可达1.47 V,系统供电稳定性较好;在30 m内节点具有良好的传输可靠性和实时性     

风车型低频压电振动能量采集器的研究与设计

基于微机电系统（MEMS）设计了风车型结构的压电振动能量采集器,通过压电效应将低频振动能量转化为电能,用以解决环境中低频能量采集的问题。风车型结构的压电振动能量采集器以硅为基底,以PZT 5A为压电材料,包含上、下电极;4条悬臂梁旋转连接中心质量块与四周固定端,类似于风车结构。数学建模与有限元仿真分析表明,在结构尺寸与材料相同的情况下,圆弧风车型结构的谐振频率较直接连接、直角连接结构的谐振频率更低;4条悬臂梁距离中心质量块越远,谐振频率越低;在0.1g(g=9.8 m/s2)加速度谐振状态下,输出电压约为6.2 V,最大位移接近1.2 mm。基于MEMS工艺,通过IntelliSuite软件研究和定义了风车型振动能量采集器的工艺流程。     

射频功率发生器的功率检测装置研究

射频功率发生器是半导体工艺设备的核心部件,功率检测装置的性能决定了射频功率发生器的功率输出特性。系统地研究了射频功率检测装置,通过选择适当的器件,设计出简单精确的射频功率检测电路;经试验分析,本射频功率检测装置的功率检测范围0～1 500 W,对应的检测输出电压范围0.2～4.65 V,该检测输出电压与实际输出功率基本呈线性关系。     

基于PWM大功率超声波电源的设计

本文详细介绍了为驱动磁滞伸缩换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源,该电源采用由IGBT构成的全桥式逆变主电路,实现了逆变降压和输出电压调控。控制电路以脉宽调制电路为核心,通过给定信号和反馈信号电压的比较,获得宽度可变的脉冲信号,调节电源的输出电压,并实现对电源的闭环控制。     

基于有源功率因数校正的高功率因数电源设计

构建有源功率因数校正（APFC）的高功率因数直流电源。该系统采用TI公司专用APFC整流控制芯片UCC28019作为控制核心,构成电压外环和电流内环的双环控制。其中内环电流环作用是使网侧交流输入电流跟踪电网电压的波形与相位;外环电压环为输出直流电压控制环。外环电压调节器的输出控制内环电流调节器的增益,使输出直流电压稳定。系统采用ATmega16单片机进行监控,完成输出电压的可调以及输入功率因数、输出电压、输出电流等的实时测量与显示和输出过流保护等功能。实测表明,系统性能指标完全达到或超过设计要求。     

小型高功率脉冲功率放大器的研究

介绍了一种L波段的小型250 W高功率脉冲功率放大器模块.描述了该脉冲功放组件的设计过程和测试结果,讨论了直流偏置电路对脉冲上升沿和下降沿的影响.该脉冲功放在调制方式上采用了栅极调制和漏极调制相结合的方式,在机械结构设计上采用了新颖的双层腔体结构.该脉冲功放组件具有体积小,脉冲上升沿和下降沿好,稳定性高和功率大等特点.     

基于功率反射法的E 型可重构功分器

基于对功率反射电路和级联传输线的分析计算,提出了一种新型分配比可重构方法。奇-偶模分析表 明,当改变功率反射电路中级联传输线的电长度时,可以实现任意范围的功率分配比连续可调。在此原理的基础上,利 用E 型调谐电路代替级联传输线,设计了一款工作在2. 45 GHz 的E 型可重构功分器。仿真和实物测试得到,当E 型 调谐电路中变容二极管的偏置电压在0~20 V 范围内改变时,可重构功分器的功率分配比可以在-21. 3~22 dB 之间连 续可调,同时回波损耗和隔离度均优于20 dB,插入损耗低于1. 3 dB。     

用于通信电源测试的功率谐波分析仪 --PM系列通用功率谐波分析仪简介

通信电源的质量稳定与否,对整个通信网络的稳定和畅通至关重要,直接影响到通信质量。为了通信网络的正常运行,必须运用适当的检测设备,对通信电源的输入和输出各项技术指标进行测试,以保证其符合有关的标准和技术规范。文中介绍了国内外电源专家广泛使用的PM系列功率谐波分析仪,其能满足通信电源研制生产和运行维护的测试要求。     

基于E类功率放大电路的射频功率发生器

系统地研究了E类功率放大电路,通过选择适当的器件,设计出高效简单的放大电路;初步设计了PID的控制策略,并且构建了基于E类功率放大电路的射频功率发生器。经实验测试,本射频功率发生器具有半3U尺寸,额定输出功率达到1 500 W,整机效率大于65%,功率准确度小于1%。     

用于通信电源测试的功率谐波分析仪

通信电源的质量稳定与否，对整个通过信网络的稳定和可靠畅通至关重要，直接影响到通信质量，为了通信网络的正常运行，必须运用适当的检测设备，对通信电源的输入和输出各项技术指标进行测试，以保证其符合有关的标准和技术规范，文中介绍了国内外电源专家广泛使用的PM系统功率谐波分析仪，其能满足通信电源研制生产和运行维护的测试要求。     

面向低功耗优化设计的系统级功耗模型研究

随着嵌入式系统应用的普及,低功耗设计成为系统设计中的关键问题之一.本文提出了一个两层构架的系统级功耗模型,包括微体系结构层模型和体系结构层模型.微体系结构模型支持系统级硬件结构设计优化,体系结构模型则针对编译器的软件设计优化.微结构模型以部件的结构信息特征为依据,指令级模型以微结构模型为基础.试验证明,该模型可以满足嵌入式系统的高层设计要求.     

发电厂电能质量控制的问题探讨

电能是一种容易控制与转换,并且经济、实用、清洁的能源形态,同时也是电力部门向用户提供由发供用三方共同保证质量的一种特殊产品。如今,电能与其他商品一样,走进市场。质量是企业的生命,这就要求电厂不断提高电能质量,以满足客户的需求。同时,发电厂的电能质量对于电力系统的生产效率及电能的上网传输也非常重要。文中从实际出发,在电能质量诸多影响因素的基础上,对提高电能质量的方法展开探讨,提出了发电厂电能质量控制的方法与措施,为提高发电厂的电能质量奠定良好的基础。