基于单片机的纸张测量仪设计

本文使用两块平行极板及其测量、控制和显示电路,实现纸张计数和显示功能。具体方案采用555多谐振荡器电路将纸张数目变化引起的两极板间电容的变化,转化为谐振回路的振荡频率变化。通过大量实验校准拟合纸张数目和谐振回路频率的对应关系。进而通过STC12C5A60单片机构建的频率测量模块完成测频,计算校正后驱动LCD显示纸张数目或极板是否处于短路状态。     

测量纸张含水量的双模式微波传感器

本文介绍一种用于纸张含水量测试的微波传感器。它是利用圆柱形微波谐振腔中的多模谐振现象,采用简并的TE_(011)和TM_(111)模式,利用其谐振频率对纸张含水量变化的不同敏感性,测量两模式谐振频率之差的变化,达到测量含水量变化的目的。文章给出了腔体设计公式、纸张对频差的微扰计算公式、最佳腔体尺寸的选取。对温度补偿特性也作了分析。并给出了一只实验传感器的测量结果。     

石英晶体谐振器声负载敏感性的分析

针对石英晶体谐振器（ＱＣＲ）的声负载敏感性，在一种三层结构力学模型的基础上，导出了具有广泛适用意义的谐振电阻及谐振频率随谐振器表面参数变化的公式。结合石英谐振式气、湿敏传感器的理论分析表明，ＱＣＲ的谐振幅值与谐振频率均可作为传感器的检测参量。谐振幅值主要反映了表面阻尼情况，谐振频率则在反映表面质量负载情况的同时，受到表面阻尼的影响，在传感器研制中应引起足够的重视     

倒计数器测频电路的设计与实现

将雷达发射脉冲信号下变频并整形形成中频TTL(晶体管-晶体管逻辑电路)方波信号,根据倒计数器测频的原理,选择二进制同步计数器74LS161三片级联后对该信号进行计数,取信号的300个脉冲形成计数区间,在此区间内用三片级联的74F161对100 MHz的标准方波进行计数,随后将计数结果送入单片机,由单片机计算出当前的中频频率,在控制DDS本振频率合成器对本振输出进行调整,保证中频信号频率稳定在规定范围内,由此构成数字式的雷达自动频率控制系统.     

微悬臂谐振传感器闭环接口和嵌入式频率电路

设计了谐振式微悬臂梁传感器闭环接口和嵌入式频率读出电路。首先,谐振式微悬臂梁传感器和接口电路组成闭环自激振荡系统。为了提高该闭环系统的频率稳定性和频率跟踪性能,引入具有无相差频率跟踪的锁相环电路,并设计放大移相电路以满足闭环自激振荡条件。该闭环系统的频率稳定性可达±0.1Hz,并且能够实时跟踪悬臂梁谐振频率的变化。此外,单独设计了嵌入式的频率读出电路,用于检测并显示悬臂梁的谐振频率。将悬臂梁传感器、接口电路和频率读出电路集成在一起,做出了小巧便携式样机,用该样机可成功探测到体积分数低至约几个10-9量级的DMMP气体。     

硅微传感器的热挠曲及谐振频率的计算

分析了硅微机械谐振式传感器在热激励下的挠曲及谐振频率变化 ,建立了相应的数学模型 ,并对热挠曲灵敏度进行了优化设计。同时通过算例和测试数据的对比 ,验证了谐振频率计算模型的正确性。     

激光尘埃粒子计数器信号幅度概率密度函数

为了研究激光尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布,对激光尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布与传感器光敏区光强分布、采样气流中的粒子数密度、气体层流速度分布之间的关系进行了理论分析。采用自行设计的带保护气套的光电传感器测定粒子计数信号幅度概率分布,给出的分布模型与理论分析相吻合。结果表明,尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布由传感器光敏区光强分布和粒子数密度空间分布共同决定,这为尘埃粒子计数器的设计提供了理论依据。     

数字集成芯片构成的频率计数器设计

频率计数器是一种用数字显示的频率测量仪表,它不仅可以测量正弦信号、三角波信号、方波信号和尖脉冲信号的频率,而且还能对其他多种非电量信号的频率进行测量。系统采用555定时器组成的多谐振荡器作为时基产生电路,产生频率为1 kHz的控制信号,而被测信号经过一个放大整形电路,将其变化成满足系统要求的计数脉冲信号,然后用频率计数器测量单位时间内变化次数,即被测信号的频率。     

基于双等强度悬臂梁的光纤光栅加速度振动传感器

研制了一种基于双等强度悬臂梁式光纤布 拉格光栅(FBG)振动传感器。首先采用ANSYS软件对 传感器进行数值计算与仿真,得到在各个阻尼比下传感器的幅频特性曲线和相频特性曲 线,不断变化 传感器结构参数,寻找最优谐振频率与加速度灵敏度,从而得到传感器最优结构参数;根据 仿真所得的最 优结构参数,进行传感器加工;利用所加工的振动传感器进行振动台试验研究并对所得实验 数据进行处理, 将处理后的数据与ANSYS软件仿真得到的数据进行比较,结果表明,振动平台所测得的 实验结果与ANSYS 软件仿真结果相吻合,传感器的谐振频率为80.74Hz,可实现50Hz以下低 频振动信号的实时监测,在5～50Hz之间的加速度灵敏度约为20.85pm/m·s－2。     

基于NI MULTISIM 11.0软件的数字钟设计与仿真

数字电子钟是一个对标准频率(1Hz)进行计数的计数电路。由振荡电路形成秒脉冲信号,秒脉冲信号输入计数器进行计数,并把累计结果以"时"、"分"、"秒"的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路,分计数器电路计满60后触发时计数器电路,当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。由振荡电路、计数器、数码显示器、校时电路、整点报时电路等几部分组成。     

A relocatable resonant FBG-acoustic emission sensor with strain-insensitive structure

A novel resonant fiber Bragg grating （FBG） based acoustic emission （AE） sensor with relocatable, strain-insensitive and enhanced sensitivity structure is demonstrated for structure health monitoring （SHM） in this paper. With one end of the sensing FBG bonded to a polyimide （PI） plate acoustically the other end free, the sensor can be easily redeployed around coupled with the investigated structure via couplant and the monitored structure surface and get rid of the interference from the strain applied on the monitored structure. Experiment has been conducted to verify the characteristics of this FBG-AE sensor, whose results show that the sensor is insensitive to mechanical strain applied on the monitored structure. It is also shown experimentally that the sensitivity is enhanced by about 1.2 times than the conventiotlal design, while the novel sensor possesses good resonant frequency response to the standard AE waves.     

热激励谐振型压力传感器激励电压的影响与分析

针对热激励谐振型压力传感器在不同激励电压下会产生不同的热梯度场,进而影响传感器的谐振频率这一现象,采用开环测试系统进行试验,得到热激励谐振型压力传感器的热激励幅度与谐振频率的变化规律;并对实验结果进行了进一步的分析,为合理优化设计传感器的相关参数提供了一定的理论依据.     

A novel in situ monitoring technique for reactive ion etching usinga surface micromachined sensor

This paper presents a novel technique for monitoring film thickness in reactive ion etching by incorporating a micromachined sensor. The prototype sensor correlates film thickness with the change in resonant frequency that occurs in a micromachined platform during etching. The platform is suspended over a drive electrode on the surface of the substrate and electrically excited into resonance. As material is etched from the platform, its resonant vibrational frequency shifts by an amount proportional to the amount of material etched, allowing etch rate to be inferred. As a proof-of-concept experiment, a platform made of DuPont 2611 polyimide has been fabricated. The sensor is driven into resonance electrostatically, and the shift in resonance is detected by monitoring the change in impedance between the drive electrode and platform as the drive frequency is swept. To enhance filtering of the sensor signal in the noisy plasma environment, the platform is designed so that the ratio of the plasma frequency to the fundamental mode of vibration is approximately 400:1. The prototype was etched in a Plasma Therm 700 series reactive ion etching (RIE) system in a CHF₃/O₂ plasma. Electrical contact was made with the sensor using a feedthrough attached to the vacuum line beneath the process chamber to facilitate in situ excitation and measurement. The sensor is shown to offer high resolution (approximately 1300 Hz/um), potentially permitting accurate in situ monitoring of etch rate and uniformity at a nominal cost     

Optical vibrating quartz crystal pressure sensor using frustrated-total-internal-reflection readout technique

An optically driven, through photovoltaic conversion, pressure sensor is described which uses frustrated-total-internal-reflection between a critically cut optical fiber and a quartz crystal, mounted on a cantilever beam to sense the device resonant frequency. The change in this frequency as a function of applied pressure is measured in this sensor which relies upon an all-optical link to the control electronics.     

低谐振频率电磁超材料单元设计与仿真

针对目前人工电磁超材料的谐振频率(吉赫兹(GHz)或太赫兹(THz))较大的问题,该文提出了一种新型尺寸较大的双面螺旋结构单元模型。通过HFSS仿真软件,建立了电磁超材料单元模型,分析了结构单元的S参数。采用Smith提取算法,得出了等效介电常数和等效磁导率的数学表达式。仿真结果表明,在2.0～2.1 MHz时,等效介电常数恒正,等效磁导率实部达到负极值,而等效磁导率的虚部也达到了最大值,即该频段为材料板的谐振频段,呈磁单负材料属性。     

压电陶瓷三叠片复合换能器弯曲振动特性研究

采用瑞利法对固定边界条件下,三叠片圆盘弯振换能器进行理论研究,推导其谐振频率及有效机电耦合系数,通过数值计算分析换能器谐振频率及有效机电耦合系数随换能器各尺寸参数的变化规律,并与有限元模拟结果比较,结果表明,换能器结构参数对谐振频率和有效机电耦合系数有很大影响,有效机电耦合系数在其他尺寸已定的情况下随着金属片厚度、陶瓷片厚度和半径变化时,都有一个最大值,这为三叠片弯曲振动换能器的设计和进一步广泛应用提供理论支持。     

薄膜体声波传感器的有限元仿真与分析

薄膜体声波滤波器(FBAR)传感器的性能受结构和材料特性的影响很大。该文利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,建立了FBAR传感器的二维、三维有限元结构模型。用氮化铝和氧化锌材料作为压电薄膜对建立的模型做了固体力学和静电学仿真分析,得到了FBAR传感器的谐振频率、导纳特性曲线和谐振频率处的位移分布情况。通过分析发现氮化铝压电薄膜阻抗特性曲线更平滑,而氧化锌压电薄膜存在明显的寄生谐振峰的问题。针对氧化锌压电薄膜存在的寄生谐振峰进行了优化,仿真分析了电极边长尺寸和电极厚度对寄生谐振的影响,实现了对寄生谐振峰的有效抑制。     

高灵敏度大带宽光纤光栅微地震检波器研究

提出了一种基于铰链连接的光纤布拉格光栅(FBG)微地震检波器,理论分析了检波器的灵敏度和谐振频率,讨论了光纤连接位置和质量块转动惯量对灵敏度和谐振频率的影响,提出了获得高灵敏度和大带宽的优化方法,并采用有限元方法进行了模拟验证。制作了检波器样品,并采用商用解调仪进行了测试,获得了高于40pm/g的灵敏度和1kHz的谐振频率,系统的等效噪声低于0.1mg/Hz,表明本文检波器可应用于微地震监测中的高频微弱地震信号探测。     

A simple prediction method for composite rectangular microcantilevers with equal width and the dimensional optimization

Resonant frequency is a key parameter in designing a resonant transducer with high sensitivity. Eigen-frequency calculation of a composite-layer microcantilever is quite useful for the design of a microcantilever resonant sensor. However, simple methods for predicting the resonant frequency of composite rectangular microcantilevers are poorly developed and invite further research. This paper presents a simple and accurate analytical method called “equivalent model method” to predict the fundamental resonant frequency of composite rectangular microcantilevers with equal width (CRMEW). This novel method, which is much more convenient for practical applications, is then confirmed by both experimental results and simulation results, and presents a strong potential to be used in the design and optimization of micromachined transducers.     

单片扫描QCM阵列的封装及浸液中频率稳定性

研究了一种适用于液相化学和生物量检测的单片扫描式QCM阵列传感器,研究了器件的封装及其在液相条件下的工作稳定性。采用单边封闭的封装方式,研究了器件在单边触液条件下的工作特性。阵列器件采用扫描工作方式,分时激励阵列中的各单元器件依次进入谐振工作状态,使某一时刻仅有一个单元器件处在工作状态,避免了单元器件间的振动耦合。实验制作的单片扫描式QCM阵列传感器试验结果显示,阵列器件中各单元器件的气相平均频率稳定度达到±0.2×10-6/h,液相平均频率稳定度达到±0.4×10-6/h。