相控阵超声检测DDF优化方法的研究

针对超声相控阵线性阵列在动态深度聚焦(DDF)扫查过程中,发射声场影响深度方向上检测灵敏度的问题,提出一种利用阵列探头相控延时原理形成多焦点聚焦声场的方法,改变发射声场声束轴线方向上的声压分布,改善DDF扫查中深度方向上检测灵敏度的均匀性,实现DDF检测的优化。介绍动态深度聚焦的原理和应用,分析改善深度方向上检测灵敏度均匀性的必要性;阐述多焦点聚焦发射声场的方法;利用声学理论和Matlab工具对线性阵列聚焦声场进行仿真,说明该方法对发射声场声束轴线声压分布均匀性的改善,通过DDF扫查实验验证该方法能够有效地改善深度方向上检测灵敏度的均匀性。     

电容式微加工超声传感器结构参数对性能的影响分析

介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的工作原理,通过理论计算和有限元仿真分析,讨论了cMUT中薄膜厚度、薄膜半径、薄膜残余应力和空腔厚度的变化对传感器的塌陷电压和谐振频率的影响,为传感器的设计和制作提供了依据.     

微膜尺寸与吸附物对微膜生化传感器动态特性的影响

以微膜生化传感器为研究对象,利用ADINA软件进行模态分析,获得了微膜生化传感器在液态介质影响下的固有频率,分析了微膜结构尺寸和吸附物对传感器动态性能的影响。研究表明：微膜生化传感器的固有频率随着微膜厚度的增大而增大,随着微膜半径的增大而减小。吸附物质量使传感器的固有频率降低,吸附物的吸附位置也对传感器的固有频率产生影响。     

基于ANSYS的埋入混凝土中压电陶瓷谐振频率分析

基于ANSYS研究压电陶瓷(PZT-5H)的振动模态,结合谐响应算法得出压电陶瓷3个不同区域的应变-频率曲线,并将压电陶瓷和混凝土单元耦合,实现了压电埋入式混凝土机敏模块的电-声系统声压云图仿真,得到了不同激励频率下的最大声压和声场分布。结果表明压电陶瓷在20 kHz~100 kHz频段内有4个振幅极大值频率点,随着谐振频率的增加,振幅逐渐增加,而振动分布呈先集中后分散的变化趋势;通过谐响应分析发现压电陶瓷声辐射面不同区域最大应变频率均在80kHz附近;由电-声系统的声场分析发现压电陶瓷的激励频率为79.666 kHz时声压最大、声场分布最优、声指向性集中。     

PI电容温度传感器结构改进与性能分析

本文分析了电容型湿度传感器的电极和感湿膜的几何形状,设置感湿膜单元结构为圆柱体或者瓶径体等形状,增大接触面积以减少响应时间,整体感湿膜单元排列成圆环形阵列,上电极也采用圆环形阵列排列,覆盖在感湿单元阵列上方。最后对设计的传感器灵敏度,响应时间等性能进行了分析,得出了有益的结论。     

PI电容湿度传感器结构改进与性能分析

本文分析了电容型湿度传感器的电极和感湿膜的几何形状,设置感湿膜单元结构为圆柱体或者瓶径体等形状,增大接触面积以减少响应时间,整体感湿膜单元排列成圆环形阵列,上电极也采用圆环形阵列排列,覆盖在感湿单元阵列上方.最后对设计的传感器灵敏度,响应时间等性能进行了分析,得出了有益的结论.     

用刚性表面球形传声器阵列重构入射波声场与识别定位声源

刚性表面球形传声器阵列是测量三维声场常用的前端,由于刚性球面对入射波声场有散射影响,直接测量值不是原入射波声场的声压值,因而不能使用在自由声场条件下建立的声场模型和近场声全息方法来重构入射波声场.通过刚性球体表面声波散射的数学模型,建立起入射波声压与发生散射后总声压之间的关系,进而通过刚性表面球形传声器阵列测量声压,计算入射波声场分布,并进行声源识别定位.通过仿真与实验,检验了球面入射波遇到刚性表面球体发生散射后,球体表面处声压分布的变化.由球面近场声全息方法,重构球形阵列表面及外部空间的入射波声场,检验了波数、重构距离参数变化对声场重构精度的影响.结果表明:采用刚性表面球形传声器阵列测得的声场总声压,运用根据声波散射模型建立的球面近场声全息方法,可以以一定的精度重构出入射波声场的三维空间分布.     

旋转粘弹性夹层梁非线性自由振动特性研究

对旋转粘弹性夹层梁的非线性自由振动特性进行了分析.基于Kelvin-Voigt粘弹性本构关系和大挠度理论,建立了旋转粘弹性夹层梁的非线性自由振动方程,并使用Galerkin法将偏微分形式振动方程化为常微分振动方程.采用多重尺度法对非线性常微分振动方程进行求解,通过小参数同次幂系数相等获得微分方程组,并通过求解方程组及消除久期项来获得旋转粘弹性夹层梁非线性自由振动的一次近似解.用数值方法讨论了粘弹性夹层厚度、转速和轮毂半径对梁固有频率的影响.结果表明:固有频率随转速增大而增大,随夹层厚度增大而减小,随轮毂半径的增大而增大.     

声压振速联合频率估计

声矢量传感器能够同步、共点地拾取声场的声压和质点振速。对声压和振速信息进行联合处理的思想在目标方位估计中已有成熟应用,在时频参数估计中进行联合处理尚不多见,提出了以声压振速互协方差矩阵为基础的ESPRIT频率估计算法,在不损失估计性能的前提下,计算量减小为现有算法的1/27。给出了所用模型的克拉美劳下限。仿真结果表明所提算法是有效的。     

阳极氧化膜对花萼状涡流阵列传感器裂纹监测的影响

针对飞机铝合金结构件表面具有阳极氧化膜的实际,制备具有不同厚度阳极氧化膜的2A12-T4铝合金试件,搭建疲劳裂纹监测系统,对花萼状涡流阵列传感器的裂纹监测特性进行了研究.研究表明:花萼状涡流阵列传感器可以对具有阳极氧化膜的铝合金结构疲劳裂纹进行有效监测,监测精度为1 mm;但阳极氧化膜的厚度会对花萼状涡流阵列传感器的裂纹监测特性产生显著影响,随着阳极氧化膜厚度的增大,传感器的输出信号幅值增加,裂纹监测能力明显降低.     

电容式微超声传感器的电极参数优化设计

建立了电容式微超声传感器(cMUT)的有限元模型,通过对模型进行静电-结构耦合仿真分析,研究了金属电极的结构参数包括电极面积、电极厚度、电极材料以及电极相对与薄膜的位置等参数的变化对传感器性能的影响.分析了电极参数与传感器吸合电压,静态电容,机电转换比以及机电耦合系数的关系,最后得到了优化的电极结构参数,即金属电极面积为传感器振动薄膜面积的一半时,传感器具有较低的吸合电压和较大带宽值及机电耦合系数.     

Mitigation of a Heading Drift in Pedestrian Dead-reckoning Caused by the Sensor Bandwidth

In this paper, we analyze the relationship between sensor bandwidth and heading drift, and improve a pedestrian dead-reckoning (PDR) system considering the heading drift by the insufficient bandwidth. The PDR system using foot-mounted inertial measurement unit (IMU) is generally based on an inertial navigation system (INS). In order to reduce the estimated position error, INS is combined with the zero-velocity update (ZUPT), which assumes that the pedestrian shoe velocity is zero at the stance phase. Although the error can be reduced through ZUPT, the estimation errors due to other causes remain. The angular rate and acceleration signals measured from the inertial sensor have various frequency components depending on the motion of the shoe. In the heel strike phase, the signals change sharply due to the impact, and the high frequency components are generated compared to the other phase. Considering only the accuracy of the inertial sensor and using a sensor with insufficient bandwidth, estimation errors occur in the PDR system. In the standard PDR system, loss of information due to narrow bandwidth causes heading drift, which is the unobservable state in the filter. In order to compensate for the heading drift due to the insufficient bandwidth, we analyze the estimation errors according to the bandwidth. Moreover, we propose a PDR system considering the heading drift estimated based on sensor bandwidth. To improve the estimation performance of the PDR system, the proposed system compensates the heading drift according to the sensor bandwidth in the heel strike with the high frequency components. The experimental results show that the improved performance of the proposed system compared with the standard algorithm.

     

A high frequency cMUT probe for ultrasound imaging of fingerprints

Fingerprint imaging using ultrasound has been investigated for several years and has shown to be a valid alternative to optical scanners. Capacitive micro-machined ultrasound transducers (cMUT) is an emerging MEMS technology that can be profitably exploited in biometric applications, like fingerprint or palm print.In this work a FEM model of a cMUT is proposed and used to design a 192-element array with a frequency band centered at 12.5 MHz. A cMUT array was manufactured by means of a proprietary fabrication process and an ultrasound probe was assembled and experimentally characterized. Comparison between simulation and experimental results has shown a quite good agreement. The cMUT probe was operated at a frequency of 12 MHz and used to produce images of fingerprints, the quality of which was quite satisfactory.     

电容式微加工超声传感器（cMUT）的有限元仿真

介绍了电容式微加工超声传感器(cMUT)的基本结构和工作原理.同时使用有限元方法对cMUT的运行情况进行模拟.提出了两个ANSYS模型来阐述cMUT的塌陷电压与谐振频率.一个3D模型用来阐述制造过程中的残余应力对cMUT谐振频率的影响.另外一个3D模型阐述不同的运行环境对cMUT的谐振频率的影响.     

基于电容传感器的塑膜厚度检测系统的研究

采用非接触式电容传感器、电涡流传感器组合系统获取检测信号,利用基于LabVIEW软件平台的计算机实现对塑料薄膜进行在线检测的工作原理,整个系统由测试单元、电机驱动单元、数据采集与处理单元组成.由于测试单元采用了电容、电涡流组合传感系统,信号的后续处理由基于LabVIEW软件平台的计算机自动完成,加速了测量过程.采用本系统取代传统的千分尺测量方法,可以使塑料薄膜厚度测量以完全智能的、实时的、非接触的方式进行精确测量.最后,通过比较组合测量系统与千分尺测量的测试结果,证明了该系统具有较高的精度,良好的可靠性与可行性.     

基于位移电流的非接触式接近传感器

利用位移电流效应设计的非接触式接近传感器结构简单,单探测电极,不受静态环境影响,价格便宜.该传感器探头面积大小,延展距离,形状可根据需要任意设计,且传感器对厚度敏感并可透过物体进行探测.该传感器可用于微机电测量系统(MEMS),安保和材料内部缺陷的无损检测等应用领域.     

一种悬浮石墨烯压力传感器的制造与建模

提出了一种适用于纳机电系统(NEMS)的悬浮石墨烯压力传感器,并结合传统微机械加工工艺提出了压力传感器的制造过程。利用拉曼光谱表征了机械剥离法得到的不同厚度的石墨烯薄膜,验证了石墨烯"G"峰与"2D"峰的强度与薄膜厚度有关。基于薄膜膨胀试验方法,给出了悬浮于矩形、方形与圆形3种空腔的石墨烯薄膜的最大变形与压差的关系,并分别计算了3种形状下薄膜的压力灵敏度,可知矩形情况下单层石墨烯薄膜的压力灵敏度最大,当矩形宽度、方形边长或圆形直径越大,薄膜厚度越小时,压力灵敏度越高,计算表明:这种压力传感器具有高灵敏度。     

基于波长解调的Fabry-Perot型光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新的压力传感器的设计,该传感器基于Fabry-Perot腔干涉和波长解调理论测量压力.设计用MEMS技术以及普通的光通讯接插件制作出工艺简单,分辨率高的光纤MEMS压力传感器.阐述了传感器的工作原理,分析了硅膜的厚度对传感器性能的影响以及FP腔的长度对反射光信号的影响.系统采用可调谐激光器进行信号访问,利用反射谱的相位变化完成信号解调.理论分析和模拟计算验证了传感器加工制作方案的可行性.     

无线传感网络任务分配的能效性控制策略

无线传感网络包含大量密集分布传感节点,各节点测量产生大量数据给传输、存储、管理和分析带来困难,无线传感网络能源不可更换性限制了网络寿命.本文提出基于熵理论和欧式距离的网络能耗评价指标,采用对等(peer-to-peer,简称P2P)计算方法,利用基于蚁群智能的能效性优化任务分配控制策略,针对中心节点工作状态、传输能耗和网络寿命实现动态实时任务控制分配,完成多中心节点并行计算,提高网络工作效率,节约能耗.实验表明基于蚁群智能的能效性任务分配控制策略能实时有效地缩短无线传感网络计算时间,减少网络能耗,提高网络寿命.     

Simulation of thermal flying height control slider with built-in contact sensor

This work investigates the piezoelectric contact sensor in the thermal flying height control (TFC) slider. A finite element model is built for the thermal flying height control slider with a piezoelectric contact sensor, which is used to detect the contact between the slider and disk. A constant force is applied at the maximum thermal protrusion point of air bearing surface. The simulation results show that the ZnO sensor with shear-mode is more sensitive to contact force than that with transverse-mode. The sensitivity of contact sensor can be increased by reducing the cross-sectional area of sensor, increasing the thickness of sensor, and choosing a short distance of sensor to air bearing surface. In addition, the thermal-stress effects from TFC heater on contact sensor are significantly large and the amplitude of thermal-stress inducing output voltage is orders larger than that induced by contact force. However, by optimizing the distance of sensor to ABS, it is possible to eliminate the thermal-stress effects. Finally, the response time of thermal-stress induced electrical voltage of contact sensor is about 0.3?ms.