基于微机电系统工艺的微型左右手复合传输线宽带滤波器

设计并采用微机电系统工艺加工制备了一种微型左右手复合传输线宽带滤波器。器件主要结构由两条平行的金属蛇形线构成,蛇形线的末端接有金属圆片作为接地单元。蛇形线对产生左右手电感和电容。通过改变蛇形线的单元数目,即可改变器件的工作频率,并且,该复合传输线单周期即可体现左手材料特性。给出了器件的电磁场仿真结果,可以看到在左手频带中磁场沿着与能量相反的方向传输,测试结果得出8单元样品通带范围为0.99～2.09 GHz,中心频率为1.54 GHz,相对3 dB宽度为71.42%。4单元样品通带范围1.84～3.36 GHz,中心频率为2.60 GHz,相对3 dB宽度为58.46%。     

基于MEMS技术的微波(RF)滤波器的设计

微波MEMS(RF-MEMS)滤波器是一种基于硅微加工技术的新型器件.由于RF-MEMS器件具有体积小、承受功率大、性能优良、成本低以及易于与后续的电路集成等突出优点,因此,由薄膜体声波谐振器(FBAR)构成的RF-MEMS滤波器在微波通讯系统的射频前端将取代传统的声表面波(SAW)滤波器.从以MEMS技术制作的薄膜体声波谐振器(FBAR)为基本单元构成梯子式(Ladder type)射频滤波器的原理出发,对滤波器的性能和设计进行分析,并对实际滤波器中的问题进行了较详细的探讨.     

MEMS节点化建模及其在集成微系统设计中的应用

为实现MEMS产品的快速设计和性能验证,在借鉴其结构化设计思想即节点分析法的基础上,提出了一种与常规信号流类比不同,适于集成微机电系统快速仿真的等效电路建模思路和方法。首先,对系统及MEMS器件进行功能及结构分解;然后,分别对各基本单元进行节点化建模,并在一定的机电类比规则下将其转换为等效电网络(元件);最后,根据节点变量约束关系,将这些等效网络(元件)逐层重构为器件级和系统级等效电路。结合一类典型MEMS集成系统——梳齿式静电反馈微加速度计的分析实例,对上述方法进行了具体介绍和验证。利用OrCAD等电路仿真器分析、测试了所建立的体现多能域耦合关系的微系统数字化分析原型,结果显示,相对于VHDL-AMS描述法,该模型具有单一域内的更加直观的模型形式和快捷的仿真速度,表明本文提出的方法在复杂MEMS集成系统的分析设计中具有一定的应用价值。     

Ku波段MEMS微波功率耦合器设计

针对现有的微波功率测量都基于热电偶和二极管等终端器件,功率信号在被检测后无法利用的问题,设计了一个基于微机电(MEMS)射频(RF)并联开关在Ku波段(12.4~18 GHz)应用的微波功率耦合器,包括等效电路、共面波导(CPW)匹配的设计和结构仿真。该耦合器是MEMS微波功率传感器的核心,它利用MEMS膜桥耦合CPW上的微波功率信号,大部分功率信号被检测后都能传至下级电路做进一步处理。为了减小反射损耗和获得宽频带响应,提出了两种优化方法,即凹槽调谐结构设计和补偿电容设计,经过优化设计后的Ku波段MEMS微波功率耦合器的回波损耗(S₁₁)和插入损耗(S₂₁)在中心频率15.2 GHz处分别达到了-42.90 dB和-0.15 dB,显示出耦合器的高隔离度和低损耗。同时在Ku波段,上述参数同中心频率点处的偏差分别为±6.41 dB和±0.04 dB,显示出其宽带特性。     

MEMS中变截面梁弯曲数学模型的建立

在MEMS结构中采用变截面梁来减小应力集中的影响。建立的变截面梁弯曲数学模型可为MEMS器件加工工艺提供理论依据。以增加空间利用率且保持最大转角和最大挠度不变为前提条件,分别构建了最大转角尺寸刚度Kφ和最大挠度尺寸刚度KW表达式;对比原设计参数的尺寸刚度,创建了梁长度和端面高度与尺寸刚度的关系式,从而为MEMS结构中梁的设计提供了理论支撑。     

微机电系统(MEMS)中薄膜力学性能的研究

主要介绍微机电系统（MEMS）中几种测量薄膜力学性能的方法，如纳米压入法、单轴拉伸法、基底弯曲法、微旋转结构法，比较了各种方法的优缺点。这对MEMS器件的设计与研究具有重要意义。     

一种基于电容加载环形谐振器的可调谐滤波器

为了实现多频段射频信号的同时处理,提出了一种基于电容加载环形谐振器的双频可调谐带通滤波器。在对环形谐振器等效电路进行分析的基础上给出了可变电容加载的环形谐振器结构形式,实现了对谐振频率的调谐;然后对可调滤波器的端口电抗特性进行了分析,设计了实现双频可调谐滤波器;最后设计加工了工作于330~400 MHz之间的双频可调谐滤波器,两个通频带之间可以独立调谐,并且通带互相之间的影响很小。     

微型光纤磁传感器的设计与制作

提出了一种基于微机电系统(MEMS)扭镜结构的光纤磁场传感器,并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度进行了检测.该MEMS光纤磁传感器由MEMS扭镜结构、磁性敏感薄膜和双光纤准直器组成.文中分析了器件的磁敏感原理和光纤检测原理,介绍了器件综合设计方法,并给出了器件的结构参数.利用MEMS加工技术成功制作出了MEMS光纤磁传感器样品,最终得到的磁传感器的尺寸为3.7 mm×2.7 mm×0.5mm.对磁传感器进行了实验测试,得到的输出实验值与理论值吻合.测试结果表明,该磁传感器的光纤检测灵敏度可达到0.65 dB/mT,最小可分辨磁场可达167 nT.将MEMS敏感结构与光纤检测相结合,该传感器兼备了两者的优点,结构紧凑、制作工艺简单、工作时无需电流激励.     

引信MEMS静电探测器阵列设计

引信可以利用空中目标运动产生的静电场信息对目标进行探测,而MEMS的特殊性能非常适合于引信静电探测器的设计。在引信有限的体积内布设MEMS静电探测阵列,通过对目标静电场信息进行检测,可以获得目标的位置和速度信息。本文运用表面加工工艺设计了一种MEMS薄膜电极的垂直振动式电场传感器阵列。介绍了该电场传感器探测单元及阵列的结构、组成及工作原理,说明了该器件的加工工艺。通过MEMS静电探测单元的空间布阵,研究了引信MEMS静电探测阵列对目标定位的原理,推导了目标定位的公式,使用MEMS静电探测阵列探测了目标的静电场,实现了对目标位置的定位。     

MEMS工艺模拟与有限元软件接口的实现(英文)

微机电系统工艺模拟可在实际加工前预测MEMS器件的实际结构,有利于理解工艺机理,缩短设计周期,减少生产费用.针对目前用于MSMS器件分析的模拟软件尚不能很好地与有限元软件对接的问题,设计了工艺模拟软件与有限元分析软件的接口.通过这个接口,将MEMS工艺模拟所得到的数据经过数据格式的转换导入有限元分析软件(ANSYS)中并建模,使之可以进行诸如机械、热、电等物理参量的分析.在分析了目前关于(曲线)边界轮廓提取的各种方法后,引进了最大圈算法,解决了工艺模拟结果在有限元软件中的模型重构问题,实现了从工艺模拟到有限元分析的无缝对接.提出的接口设计对实现MEMS CAD体系化具有重要的促进作用.     

基于DSP的并联有源电力滤波器数控系统

传统无源电力滤波器的设计方法过分依赖经验,优化能力弱.针对有源电力滤波器设计的难点,基于瞬时无功功率理论,开发了一种基于TMS320LF2407A的并联有源电力滤波器数字控制系统.介绍了有源滤波器的工作原理及系统结构,并详细论述了利用TMS320LF2407A芯片开发并联有源电力滤波器的设计方案,包括硬件和软件两部分.实验结果表明,所提出的设计方法正确有效,所开发的软件实用性强.     

Improving electrical discharging machining efficiency by using a Kalman filter for estimating gap voltages

Gap voltage can be used as an indicator on the direction of the electrode movement along a desired tool path in electrical discharging machining (EDM) processes. However, due to the noise induced by electrical discharges, the estimation of gap voltages is difficult due to the lack of an appropriate state space model. In this paper, gap voltage signals are considered to be generated as a summation of colored noise through a linear filter and measurement noise. Obtained by the Yule–Walker auto-covariance method, the transfer function of the linear filter can be converted into a state space model. The composite process noise and the composite measurement noise are defined to derive the composite noise covariance matrices. A Kalman filter can thus be designed based on the state space model and the noise covariance matrices. Experimental results showed that, as compared with the traditional 10-point moving average filter, the Kalman filter can decrease the average machining time as well as improve the discharging gap status.     

玻璃浆料键合中的孔洞抑制和微复合调控

提出了包含三步式排泡过程的预烧结工艺以及双凹凼-凸台的微复合键合结构方案,以便有效控制玻璃浆料层中的孔洞生成并精确控制键合间隙。预烧结工艺涉及的三步式排泡包含玻璃液形成、真空排泡与孔洞流平3个过程,该过程有效地排除了气泡,从而抑制了键合中间层中的孔洞形成,其工艺的重复性和鲁棒性很强。微复合键合结构中的内外凹凼用于有效控制多余的熔融的玻璃浆料的流动路径,避免其对封装结构的污染;微阻挡凸台则可以精确地将玻璃浆料层的厚度即键合间隙控制到凸台高度。对键合性能的测试表明,该方案简单有效,键合强度和气密性良好,键合间隙为10.1μm,键合强度为19.07 MPa,键合漏率小于5×10-9 Pa·m3/s。     

多带隙联合的声子晶体滤波梁弹性波传播特性

提出了一种包含Bragg散射、整体局域共振和局部局域共振机理的多带隙联合声子晶体滤波梁,通过传递矩阵法与Bloch定理求得无限周期结构各阶带隙为0～170 Hz、180～262.6 Hz、552.3～597 Hz、974～1 563 Hz、1 903～2 667 Hz;并调节结构参数,得出带隙调制规律和带隙机理。同时,与其他3种工况声子晶体梁带隙特征进行对比分析,证明了声子晶体滤波梁在带隙宽度、丰富度以及弹性波衰减率方面均有着相对优势,具备更好的过滤或抑制结构中弹性波的性能。此外,求解近声子晶体滤波梁的振动传递系数,得出在各阶带隙范围内,弹性波的传播存在明显衰减,验证了带隙的存在。最后为探究弹性波在带隙/通带范围内的波动模式,分别提取位于带隙/通带范围梁体位移分布,发现在带隙频率范围内的弹性波沿波动方向快速衰减,表现出带隙特性;通带频率范围内的弹性波无明显变化或衰减,表现出通带特性。     

基于压缩感知理论的MEMS陀螺仪信号降噪研究

通过分析传统小波阈值滤波的局限性,将基于压缩感知的小波滤波方法应用于低精度MEMS(micro electro mechanicalsystem)陀螺仪信号降噪中,并与小波阈值滤波方法进行了实验对比,实验结果表明:基于压缩感知的小波滤波方法可以有效地去除MEMS陀螺仪输出信号中的噪声,并且在压缩比较大时基于压缩感知的滤波方法去噪效果优于小波阈值滤波方法,改善了低精度MEMS陀螺仪零偏稳定性,为工程中解决低精度MEMS陀螺仪降噪问题提供了新思路。     

弓型梁静电硅微谐振器建模与实验

根据梁的小变形理论和位移叠加原理,建立了弓型梁微谐振器的横向振动模型,得到了弓型复杂梁的变形方程和该类谐振器谐振频率的解析表达式。通过ANSYS软件的模拟分析,及对用体硅工艺制作的两种类型弓型梁谐振器的谐振频率实验实测,表明该谐振器的1阶横向谐振频率的计算值与实测值间的相对误差及ANSYS模拟值与实测值间的相对误差均小于3%,验证了所建模型的正确性。     

多工位组合电极电火花成形微凹槽结构

针对具有复杂微尺度凹槽结构的高硬度模具钢型腔难以加工的难题,提出了一种多工位组合电极电火花成形的新方法。以某种聚合物微流控芯片模具型腔为研究对象,选用NAK80模具钢为型腔材料,铜钨合金(W75%)为相应的微凸起结构电极材料并经由高速铣削加工。为降低加工难度及保障加工质量,对复杂微凸起结构进行分解,形成2组4工位组合电极;采用周铣、端铣交替进行的工艺使微凸起上表面的毛刺连续发生塑性变形从而减小和去除微凸起结构顶端的加工毛刺。最后,利用制备好的多工位组合电极,采用变换工位代替更换电极的加工方式,通过精密电火花成形,依次完成粗、半精与精加工。结果表明:加工的凹槽侧壁与底面垂直度较好,宽度、高度误差在3μm以内,根部圆角在15μm以内,可以满足成型聚合物微流控芯片的使用要求。     

微细电解加工用中空电极的制备

为了改进加工间隙内电解产物的排出条件和加速电解液的更新,提出了一种嵌套式微细中空电极的精确可控焊接制备工艺。仿真分析了电极的过流特性,优化了电极长度,并进行了性能测试及加工实验。通过穿丝、黏结、嵌套尺寸及位置调整和焊接工序,制备出加工段内径为65μm、外径为130μm、长3.25mm左右,后段便于装夹和连通的嵌套式中空电极。在供液压力为1.15 MPa时,其出口流速可达10m/s左右。利用制备的中空电极,开展微细孔电解加工实验,在0.5mm厚不锈钢片上加工出最小入口孔径约为157μm,出口孔径约为133μm的微细孔,并将其延伸应用于微结构加工中,铣削出了长554μm、宽160μm、深224μm的微细T型槽。实验结果表明:制备的微细中空电极有效提高了加工间隙内电解液的流动特性,且连/导通可靠、装夹方便,适用于高深宽比微结构的电解加工。     

惯性冲击驱动管内移动机器人设计

设计了一种以压电双层膜为基本结构,通过惯性冲击原理达到运动驱动目的的管内移动机器人.该机器人主要由一个典型的压电双层膜结构和惯性质量串联构成.工作时,压电双层膜的变形由惯性冲击转化为整体结构的直线位移.从理论上分析了惯性冲击原理的核心问题:惯性冲击力与管壁和机器人之间摩擦力的关系,并通过MATLAB和AN-SYS等软件对整个系统的动态响应做了仿真.相关的验证表明,所设计的管内移动机器人运动步长可以达到0.15μm,具有精密运动和高效率的优点,可以在工业中广泛应用.