M-Z型硅基ARROW压力传感器设计

分析了M-Z型硅基ARROW压力传感器的结构设计参数, 并用计算机软件ANSYS对如下参数进行有限元方法(FEM) 研究,模拟了硅弹性膜片应力分布,确定了弹性膜边缘是传感臂具有高灵敏度的理想位置,并据此计算出由光弹性效应引起传感臂相位变化及其与压力的之间线性关系.     

M-Z型硅基ARROW压力传感器设计

分析了M-Z型硅基ARROW压力传感器的结构设计参数，并用计算机软件ANSYS对如下参数进行有限元方法(FEM)研究，模拟了硅弹性膜片应力分布，确定了弹性膜边缘是传感臂具有高灵敏度的理想位置，并据此计算出由光弹性效应引起传感臂相位变化及其与压力的之间线性关系。     

LPS331AP：压力传感器

意法半导体推出一款能够精确测量手机等便携设备海拔高度的压力传感器。LPS331AP压力传感器采用意法半导体独有的“VENSENS”制造工艺．可把压力传感器与其他电路制造在同一颗芯片上．无需晶片与晶片之间的键合，可大限度地提升测量可靠性。LPS331AP内的传感单元是在气腔上覆盖弹性硅薄膜，开口间隙可以控制，     

采用PWM输出提升传感信号调理器性能

目前,大多数硅压阻传感器（PRT）用于压力测量,它们通过应用广泛的微型加工技术进行组装,通常采用4个电阻桥臂构成典型的惠斯通电桥,安装在单芯片。与集成电路类似,由于单个晶片中包含成百上千个传感元件,传感器价格便宜。到目前为止,大多数集成传感器主要用于低精度或中等精度要求的场合,比如汽车、消费电子产品和部分工业应用。     

螺旋型光纤传感软体操作臂状态测量及特性分析

微创手术软体操作臂是微创外科和机器人领域的科学前沿和研究热点,对提升微创手术水平至关重要。现有视觉、电子和光电等传感方法尚未解决软体操作臂的状态测量问题,以直线型布设在软体操作臂中的光纤传感器,在柔性操作臂伸展和弯曲等运动时存在易断裂和可重复性差等问题,未能实现手术操作臂的闭环控制,限制了其手术应用。为此,提出了一种基于螺旋型光纤传感的软体操作臂状态测量方法,并对其传感特性进行了研究。不同于直线布设光纤的传感方法,螺旋型布设光纤的传感方法可以实现可伸缩软体操作臂的测量,防止光纤在软体操作臂中的错位,满足可伸缩弯曲软体操作臂的测量需求。通过理论分析气动驱动软体操作臂伸缩和弯曲的运动特性,利用光纤上刻写的布拉格光栅传感点,建立软体操作臂中螺旋型光纤光栅的传感模型,推导出光纤光栅中心波长漂移量和软体操作臂弯曲曲率之间的关系。最后,为了验证螺旋型光纤光栅在软体操作臂中的传感性能,对其传感灵敏度和稳定性等进行了实验测试。实验结果表明:提出的螺旋型光纤传感方法可实现操作臂伸长10%、弯曲角度达到180°时的状态测量,且操作臂理论弯曲角度和光纤传感的误差最大为9%,传感灵敏度可达12.55 pm/(°),满足软体操作臂伸缩和各向弯曲操作时的测量需求。     

一种补偿式光纤光栅传感器压力特性研究

提出一种基于高弹聚合物封装、金属膜盒感受联杆传递的组合式光纤Bragg光栅(FBG)压力传感机构,对其压力传感特性进行了理论和实验研究。结果表明,FBG中心反射波长漂移对压力呈现良好的线性响应特性,压力传感灵敏度可达0．57nm／MPa。将压力测量范围扩展到了0～4MPa,这一组合传感机构只对压力增敏,对温度量只保持了裸光栅原有灵敏特性。采用精密弹簧补偿了因高弹聚合物材料应变时产生的时滞效应,避免了高弹簧聚合物存在的弹性滞后和后效性,提高了压力测量的重复性和复用性。     

一种三维Mach-Zehnder型抗共振反射光波压力传感器

为了缩短传感器尺寸,提高耦合效率,提出了一种三维Mach-Zehnder型抗共振反射光波(ARROW)压力传感器.该传感器为一个金属分割的层叠ARROW结构以及两个3 dB垂直耦合器组成的Mach-Zehnder干涉仪.利用有限元方法(FEM)研究、分析了硅弹性膜片应力分布,确定传感器的结构设计参数.使用BPM分析由光弹性效应引起输出变化及其与压力之间的关系.结果表明,该传感器可通过调整垂直耦合器的长度来调节耦合效率,无需弯曲波导,可降低器件尺寸,实现压力检测.     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

用于汽车的硅压力和加速度传感器

用于汽车的硅压力和加速度传感器张传忠许多压力和加速度传感器都是以硅微电子学技术为基础的。由于硅传感器可作为敏感元件与表面电路集成在同一基片上，所以硅压力传感器广泛地用来检测歧管绝对压力。与普通的应变现传感器相比，硅的机械和弹性特性要好得多。它作为一种...     

一种应力迟滞和温度自动补偿型FBG压力传感器

基于波登管与悬臂梁的组合设计,将2个相同波长的光纤布拉格光栅(FBG)分别与悬臂梁的上、下表面对称粘贴组成差动式FBG传感系统,实现了外压力调谐双FBG布拉格波长差的调谐方法。理论分析和实验研究结果表明,该系统不仅能自动补偿FBG压力传感系统中弹性衬底元件在加压和减压过程中的弹性迟滞,而且能同时自动补偿温度,改善传感系统的线性响应特性;在0～20MPa的压力范围内,双峰波长差的调谐范围为0.0～5.6nm,压力调谐双峰波长差的灵敏度可达0.28nm/MPa,是压力调谐单峰波长灵敏度的2倍,标准误差可由单峰的0.066nm降低到0.0084nm。     

Analysis and design of an integrated silicon ARROW Mach-Zehndermicromechanical interferometer

An analysis and design procedure for an integrated silicon micromechanical (pressure sensitive) interferometer is presented. Optimized layer thicknesses of an SiO₂/Si₃N₄ /SiO₂/Si ARROW yield an attenuation of only 2.7×10^-3 dB/cm. Lateral confinement is accomplished with a rib in the core layer. Sensitivity to mechanical measurands is achieved by having the sensing arm of the interferometer on a thin silicon diaphragm, realized by micromachining a cavity from the back of the wafer. An applied pressure P deflects the diaphragm, causing a change in optical path length, leading to a phase shift φ with respect to the reference arm. Sensitivity is increased by thinning the diaphragm, although this increases the resonant attenuation envelope of the diaphragm. Sensitivity calculations based on a simple, first-order model of diaphragm deflection yield (∂φ)/(φ∂P)=1.29×10^-14 P for a specific diaphragm geometry. BPM simulations show that curvature losses due to the bending of the ARROW under deflection is negligible     

用于宽带频谱感知的全盲亚奈奎斯特采样方法

亚奈奎斯特采样方法是缓解宽带频谱感知技术中采样率过高压力的有效途径。该文针对现有亚奈奎斯特采样方法所需测量矩阵维数过大且重构阶段需要确切稀疏度的问题,提出了将测量矩阵较小的调制宽带转换器(MWC)应用于宽带频谱感知的方法。在重新定义频谱稀疏信号模型的基础上,提出了一个改进的盲谱重构充分条件,消除了构建MWC系统对最大频带宽度的依赖;在重构阶段,将稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)算法引入到多测量向量(MMV)问题的求解中。最终实现了既不需要预知最大频带宽度也不需要确切频带数量的全盲低速采样,实验结果验证了该方法的有效性。     

BCB/SiO_2双导芯层叠ARROW结构压力传感器设计

针对传统ARROW压力传感器耦合长度长以及耦合效率低,提出了BCB/SiO2双导芯层叠ARROW结构压力传感器。在外力作用下,弹性薄膜上的BCB/SiO2双导芯层叠ARROW结构,会因光弹效应致使BCB和SiO2两个导芯折射率变化产生输出相位差。通过有限元方法(FEM)研究硅弹性薄膜上导芯折射率的变化与应力分布关系,确定传感器的结构设计参数。使用束传播法(BPM)分析耦合结构以及压力与输出之间的关系。结果表明,该传感器无需弯曲波导即可降低器件尺寸,并实现了灵敏度为5.2×10-2/kPa压力检测。     

利用动态贝叶斯网络进行多时相遥感变化检测

利用动态贝叶斯网络(DBNs)在处理不同时相遥感数据时可以一次性输入多个时间段的数据,同时完成分类和建立输出类别之间的关联。采用北京东部地区1994年、2001年和2003年5月份Landsat TM遥感数据进行实验,实验结果表明:基于DBNs的变化检测方法是遥感变化检测的一种新的有效方法,在遥感时序数据动态变化分析的研究方面也展示了巨大的发展潜力。     

一种实用的光纤光栅液位传感器

设计了一种波纹管为衬底的光纤光栅(FBG)液位传感头,提出用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力影响的方法。在3～30 cm的液位范围内,测试了传感器的特性,给出温度补偿后液位引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器液位灵敏度为-0.0553 nm/cm。传感头采用Ni基合金作为机敏封装元件,具有抗腐蚀、耐疲劳的优点,适用于储油罐等恶劣环境下使用。     

Light intensity-referred and temperature-insensitive fiber Bragg grating dynamic pressure sensor

Temperature-insensitive fiber Bragg grating (FBG) dynamic pressure sensing based on reflection spectrum bandwidth modulation and differential optical power detection is proposed and experimentally demonstrated. A special double-hole cantilever beam is designed to induce linear strain-gradient distribution along the sensing FBG, resulting in FBG reflection spectrum symmetrical broadening and optical power increase.Based on the theory of optical waveguide and material mechanics, the causation of FBG spectrum broadening under the linear strain-gradient is analyzed, and the corresponding force-to-bandwidth broadening relation and force-to-optical power relation are formulized. FBG spectrum bandwidth and reflection optical power linearly change with applied pressure and both of them are insensitive to spatially uniform temperature variations.For a temperature range from -10℃ to 80℃, the measured pressure fluctuates less than 1.8% F.S.(120 kPa) without any temperature compensation. The system acquisition time is up to about 80 Hz for dynamic pressure measurement.     

一种相变存储器读出电路及其快速读出方法

针对大规模相变存储器所具有的寄生电容大、可能出现读破坏现象等特性,提出了一种读电压模式的相变存储器读出电路及其快速读出方法。基于SMIC 40nm CMOS工艺的仿真结果表明,在2.5V电源电压下,该方法可以在90ns的读出周期内正确读出位线寄生电容为30pF的存储单元数据,同时,该读出周期随位线寄生电容的减小而减小。另外,该方法可以和传统的Burst等快速读出方式并存,非常适用于带数据预读机制的高端存储器技术。     

三角形谱啁啾光纤光栅在光栅传感系统中的应用

利用三角形谱啁啾光纤布拉格光栅（T-CFBG）的反射和时延特性,提出了一种新的基于相位检测的FBG解调方案。该方案由光强来确定传感器光栅反射波长的相位延迟角范围,由相位检测来确定在该范围的相位延迟角大小,两者结合给卅传感光栅的反射波长,因此具有更高精度和更大波长检测范围。实验制作了宽带宽具有三角形反射谱的T-CFBG,并对其用于传感解调予以了模拟分析。     

基于相位敏感光时域反射计的长距离入侵探测系统

根据受激布里渊散射(SBS)对相位敏感光时域反射计(-OTDR)的监测距离的限制,分析了在使用不同灵敏度的光电探测器时-OTDR系统的监测距离,并根据SBS阈值随着光纤长度的增加而下降的特点,提出了一种新的光路结构以提升系统的监测距离。该光路结构采用环行器将敏感光纤分为多个部分,并对各部分的后向瑞利散射光分别进行探测,避免了各部分光纤产生的斯托克斯光相互叠加,从而提高了SBS阈值,进而实现了提升系统监测距离的目的。在实验室测试中,使用3个环行器将敏感光纤分为了3个部分并实现了66.92 km的监测距离。通过增加环行器的数量,系统的监测距离可以进一步提高。