微谐振型光纤传感器研究

本文研究了一种由光束激励并检测的微谐振型光纤传感器，说明了利用单昌硅制作 微型硅谐振器的制作 方法。在实验的基础上分析了谐振器在光激励下的振动机理，给出了测量压力参数的原理。     

太赫兹裂环谐振器的改进型TL-RLC模型

利用现代光刻技术工艺制备了一种圆形和两种分别在x和y方向伸展的椭圆形裂环谐振器,并在太赫兹时域系统进行测试,比较了尺寸结构参数和耦合系数对幅频特性的影响,提出包含LC谐振、偶极子谐振和第3个谐振的改进TL-RLC模型使模型与实验数据更为吻合。并对第3个谐振频率的表达式进行讨论。     

2.4GHz射频薄膜体声波谐振器的研制

提出了基于ZnO压电薄膜多层结构的2.4GHz射频薄膜体声波谐振器,并进行了研究.采用修正后的Mason等效电路模型对器件的谐振特性进行了分析和模拟.给出了采用MEMS工艺制备器件的工艺流程,并利用射频网络分析仪对实验器件进行了测试.利用多点数值拟合的方法消除射频测试中引入的寄生分布参数,提取出器件的实际参数:器件的串联谐振频率fs和并联谐振频率fp分别为2.3714GHz和2.3772GHz,相应的有效机电耦合系数为0.598%;串联谐振频率处和并联谐振频率处的Q值分别为500.3和425.5,f·Q值乘积达到1.2×1012.该谐振器器件的有效直径为200μm,样品实际尺寸为1.2mm×1.2mm×0.3mm,可用来制备体积小、高性能和低相噪的射频振荡器.     

AlN薄膜体声波谐振器研究

采用一维Mason模型,研究了体声波谐振器的频率特性,探讨了压电薄膜AlN和上电极膜厚对谐振频率的影响,压电参数d33及压电薄膜与电极的厚度比率对机电耦合系数的影响,同时研究了谐振区域的面积和声能在衬底中的损耗对品质因数的影响.测量的体声波谐振器频率特性曲线与模拟结果吻合的较好.     

谐振式压电叠堆的高效换能结构研究

压电叠堆具有纵向机电耦合系数高、耐疲劳性强的特点,但在低频振动条件下,压电叠堆的机电转换效率低,从而限制了其在结构振动能量收集方面的应用。通过将谐振频率接近结构振动频率的谐振器附加在压电叠堆表面形成谐振式压电换能系统,可以有效提高谐振频率附近的机电能量转换效率。本文对谐振式压电换能结构进行参数建模,以压电叠堆所受纵向力与结构激励力的比值衡量谐振式压电叠堆的换能效率,确定系统有效换能频带的宽度与系统的结构设计参数的关系,从而给出谐振式压电换能系统参数优化设计方法。谐振式压电换能结构的实验表明谐振器能有效增加较低振动频率下的机电能量转换效率,提高输出的开路电压     

AlN薄膜腔声谐振器的制备及性能研究

采用体硅微细加工工艺制备了基于AlN压电材料的薄膜腔声谐振器，研究了器件结构中谐振区形状和面积对谐振器性能的影响。以X射线衍射仪、扫描电镜表征了AlN压电薄膜的结构及形貌，高频网络分析仪表征谐振器频率特性。测试结果表明，谐振器所用AlN压电薄膜具有C轴择优取向及良好的柱状晶结构；器件频率特性良好，谐振频率达1．759GHz，机电耦合系数3．75％，品质因数79．5。通过研究不同谐振区形状、面积谐振器的性能，明确了结构因素对器件频率特性的影响，分析了其中的机制。     

基于FPGA的硅微机械谐振式陀螺仪数据采集系统设计

介绍了一种硅微机械谐振式陀螺仪的结构,给出了调制系数或最大频偏与输入角速度成正比的关系.通过对陀螺仪敏感质量块静电驱动力和双端音叉谐振器输出信号的分析,得出了双端音叉谐振器输出信号的相位差与调制系数之间的关系.提出了一种调频信号最大频偏的检测方法,通过此相位差的计算得出调制系数或最大频差,进而计算出输入角速度的值.设计了一种基于FPGA的数字化解调方案,给出了基于FPGA的数字化最大频差测量电路的测试结果.结果表明测量电路对最大频偏有很好的测量效果.     

一种谐振式露点测量方法

针对大气湿度测量问题,提出一种基于谐振式的露点测量方法,并设计了一套独立的露点传感装置.利用QCM原理将石英晶体谐振器作为湿敏元件,用半导体制冷器对其进行制冷,使其表面出现结露现象,导致石英晶体谐振器的谐振频率出现突变,以此达到对露点的识别,同时测取结露时刻石英晶体表面的温度,从而获得当前环境下的露点温度.通过实验验证了此方法的可行性与准确性,并将获取的实验数据与实际提供的环境数据进行对比分析,相对湿度误差达到±1.37%RH,此方法具有精度和灵敏度双高的优点,并且成本低、可操作性强.     

中高频段下的粘弹性材料声学参数测量

为了实现粘弹性材料在高频段上的声学参数测量,提出一种自由场测量方法,通过测量目标的水下散射声场指向性,计算目标散射场声压的前几阶勒让德系数,建立以目标的材料声学参数为变量的数学模型,并运用遗传算法进行参数反演.仿真结果表明以铝球的杨氏模量(E)为例,不存在声场误差的情况下反演精度可达0.0014%,铝球散射场的实验数据也提供了较高的参数反演精度.将此方法应用于中高频段上某种成分的粘弹性材料参数测量,成功地获取了其在此频段上的声学参数.提高目标散射场的测量精度有利于目标材料反演精度的提高.此方法避免了对声压相位的测量,减少了影响精度的因素.     

深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法

针对传统深水多波束测深系统海底回波信号仿真方法计算量大和不适用于存在载体姿态的问题,提出一种深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法。基于扩展散射体海底回波信号仿真模型,考虑载体姿态,通过预先计算海底散射点强度分布确定主要作用区域的散射点,并将这些散射点的强度作为回波信号幅值加权来得到回波信号。利用这一方法,在保持较小计算量的同时,可以得到包括载体姿态特征的仿真数据。此外,利用这种方法还可以进行相位不一致性等误差因素的仿真。     

水平仪测试竖直轴系倾角回转误差的数据处理

为了更加准确地评定用水平仪测量竖直轴系的倾角回转误差,利用水平仪测试数据中误差的组成成分,明确两维水平仪读数中的谐波成分与回转误差中的谐波成分的相互关系。基于已有的2种数据处理方法,提出了将测量数据转换到固定坐标系下2种新的处理方法。详细分析了4种数据处理方法的优缺点,其中一次谐振分离方法将回转误差中的一次谐振量成功分离,得到了完整的回转误差。通过改变铅垂度,对轴系回转误差进行8次测量,对比所辨识的参数,从而验证了该方法的正确性。     

微波烟支重量控制系统的应用

烟支重量控制系统是卷烟设备的一个重要设备,是卷烟质量的保证系统。新型微波烟支重量控制系统是基于一种特殊的微波谐振方法运行的在线密度测量仪,其利用电磁谐振原理进行烟支密度/湿度检测。在测量过程中不断地测定微波谐振器的电气参数(主要是谐振曲线的幅宽和谐振频率)。用专门的数据处理运算法则计算这些参数。与原放射源重量控制对比,控制精度达到标准,辐射远低于国家规定,安全系数高。对微波烟支重量控制系统的工作原理、结构及特点进行阐述。     

光线弯曲对激光测量热钢板厚度的影响

以无热源大平面空气壁模型,用传热学理论计算了大平面热钢板附近空所的一维温度分布,从而得到了大平面热钢板附近空气的一维折射率分布。利用光线折射理论,求出了光线的传输路径和像点的偏离量。分析和计算表明：当钢板温度、测量角和测量距离等参数增大时,像点偏离值就随着增大。对于钢板激光测厚系统,采用单表面单光路时,光线弯曲引起的测量误差较大,并且基本不随测量厚度减小而减小。采用完全对称的双面双光路时,左右光路的像点偏离正好抵消,光线弯曲引起的测量总误差很小,而且随测量厚度减小而减小。     

平顶有肋柱壳低频散射特性研究

应用边界元(BEM)和有限元(FEM)耦合方法对平顶有肋柱壳在声波轴向入射时的低频反向散射特性和振动位移状态进行了计算,对结果作了分析。并且实验测量了与计算相同的三个目标的低频反向散射特性,同计算结果相比较,结果基本一致,理论和实验结果均证明了肋骨存在对回波强度的影响,改变了原有振动系统的振动分布,使得散射谐振发生变化。     

检波器谐振频率数学模型及其频响误差的修正

峰值检波器的频响误差在高频段主要是由分布参数产生的高频谐振误差。本文利用实测数据建立了检波器谐振频率数学模型，根据模型的预测值对检波器和了频响误差修正。计量检定表明修正后的频响误差大大减小。     

硅微谐振式加速度计的温度效应及补偿

零偏和标度因数稳定性是衡量加速度计性能的两个重要参数.为了降低硅微谐振式加速度计的温度敏感性,对其温度影响机理进行了深入研究.通过温度实验发现,硅微谐振式加速度计的零偏和标度因数与设计理论参数有较大区别,且都具有较大的温度灵敏度,分别为0.72 g/℃和1.5℃-1.对弹性模量和谐振器应力与谐振器频率的关系进行了理论计算和FEA仿真验证,其中弹性模量引起的谐振频率-温度灵敏度为-0.7 Hz/℃,谐振器应力引起的谐振频率-温度灵敏度为180 Hz/℃.阐述了加工过程中键合应力产生的原因以及键合应力与谐振器残余应力的关系,发现谐振器应力是造成加速度计输出随温度漂移的主要因素.提出了一种隔离残余应力的隔离梁的设计方案,可使零偏温度灵敏度降至-35 Hz/℃,为温度补偿指明了方向.     

交叉耦合腔体带通滤波器的设计

本文分析了同轴线谐振器,并提出利用同轴线谐振器作为基本的滤波谐振单元,设计了一个通带中心频率870MHz,3dB带宽50MHz的带通滤波器。通过提取各谐振单元之间的耦合系数以及外部Q值,可以准确的设计这种低插损高抑制的腔体带通滤波器。     

星敏感器参数标定及误差补偿

针对CCD星敏感器光学系统存在焦距不准确、CCD平面倾斜和旋转及光学镜头畸变等误差因素,在理想针孔模型的基础上,用几何方法建立了星敏感器模型。利用地面实验数据,以最小二乘法解算该数学模型,求出焦距、CCD平面倾斜和旋转因子及畸变因子等待标定参数。将标定出的参数代回数学模型,便可由星象点测量坐标直接计算并修正入射光方向矢量,从而对光学系统的误差进行了补偿。计算结果表明:星对角距统计偏差由标定前41″降到了17″,提高了计算精度。     

基于Ku波段卫星通信的介质振荡器的研究与设计

介绍了射频与微波的低相位噪声介质振荡器的设计方法。从理论上估算了谐振器的频率,通过仿真实验介质谐振振荡器求出谐振频率,输出功率和相位噪声等。就影响介质振荡器相位噪声的因素进行了讨论,从谐振路有载Q值、有源器件、增益压缩量等几个方面提出了降低相位噪声的方法,并给出了一个Ku波段低相噪振荡器的设计方案。     

双摄像机靶标成像视觉坐标测量方法研究

提出了一种利用手持式靶标实现双目视觉三维坐标测量的新方法,以靶标作为成像目标,利用靶标与被测面接触,通过分析靶标上已知特征点的成像变化,实现与靶标接触点的三维坐标测量,这一测量新方法,可以实现视觉系统外部参数测量中的自标定,并能实现遮挡点的测量,研究中利用空间透视变换建立了这一方法的非线性测量模型,介绍了基于Newton非线性迭代的测量方程的求解方法,以矩阵分析理论为基础,讨论了影响测量方程求解的因素,并提出了方法中重要部件手握式靶标上特征点分布的基本约束条件,通过数值计算分析了图像处理误差、有效焦距和基线标定误差对测量方法的影响,实验结果验证了理论分析的正确性和应用的可行性。