GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构。该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Ga0.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构。加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺。对加工出来的加速度计结构进行振动台实验，初步测得传感器的灵敏度为7.6mV/g，线性度为0.16%。     

GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构。该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Ga0.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构。加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺。对加工出来的加速度计结构进行振动台实验,初步测得传感器的灵敏度为7.6mV/g,线性度为0.16%。     

GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构.该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Gao.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构.加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺.对加工出来的加速度计结构进行振动台实验,初步测得传感器的灵敏度为7.6 mV/g,线性度为0.16%.     

介观压阻型微压力传感器设计

运用共振隧穿双势垒(DBRT)结构中的一种压阻效应原理一介现压阻效应,用GaAsdAIAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.并对介观压阻和普通压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理,可以提高压力传感器的灵敏度,为制造基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

共振隧穿二极管型光探测器和光调制器

将共振隧穿二极管(RTD)的核心结构——双势垒系统与光探测器和调制器的原理相结合可构成共振隧穿光探测器和共振隧穿光调制器。这些器件既保持了RTD高频、高速的特点,同时又具备了光探测器和光调制器原有的功能,可用于光电集成电路。介绍了这种具有代表性的RTD型光电器件的工作原理、器件结构、制造工艺、器件参数测试等,为此类器件在国内的设计和研制奠定基础。     

介观压阻型微压力传感器设计

运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理-介观压阻效应,用GaAs／AlAs／InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器。并对介观压阻和普通压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理,可以提高压力传感器的灵敏度,为制造基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据。     

新型簧片式光纤加速度传感器研究

研制了一种新型光纤加速度传感器。基于迈克尔逊干涉仪原理,采用了质量块和可 弯曲簧片结构,通过使用竖直 绕制传感光纤和横向绕制参考光纤的方式提高了加速度传感器的加速度灵敏度。实验测试了 其加速度灵敏度以及横向串扰。在簧片厚为1mm、质量块质量为208 g时,其加速度灵敏度 可达556rad/g(g为重力加速度);在噪声本底为10－4 rad/Hz 、加速度传感器工作频率为100Hz时,其可探测的最小加速度信号为 200ng/Hz(g为重力加速度)。采用该全金属结 构,传感器可更好地用于微弱信号检测。     

高灵敏抗冲击光纤光栅微振动传感器

针对高灵敏度的光纤布拉格光栅（FBG）振动传感器的抗冲击可靠性,设计了一种具有限振结构的双悬臂梁型FBG振动传感器,理论分析了结构参数与灵敏度和振动位移的关系,进行了结构优化,确定了限振幅度。制作了限振幅度约为90m的传感器样品,对传感器的加速度灵敏、频率响应、抗冲击性能进行了测试,结果表明,传感器的加速度灵敏度达到525 pm/g,谐振频率约为66 Hz,传感器经过50 g反复冲击,频响特性具有良好重复性,表明传感器具有较高的可靠性。     

轴向应变对双势垒结构共振隧穿的影响

首先介绍了共振隧穿理论和一种新效应--介观压阻效应,对AlxGa1-xAs/GaAl/AlxGa1-xAs共振隧穿双势垒结构的轴向施加压应变作了分析,然后计算了轴向应变对垒宽和垒高的影响,对透射系数和隧穿电流用Matlab作了仿真.发现压应变可以使隧穿电流线性增加,偏压不同电流增加的速率也不同,为设计共振隧穿器件提供了理论依据.     

双光纤-悬臂梁FBG加速度传感器研究

针对现有悬臂梁FBG加速度传感器光纤表面粘贴会造成FBG受力不均匀,并且无法在温度变化和振动等复杂的环境中工作的问题,提出一种双光纤-悬臂梁结构的FBG加速度传感器。理论分析了结构参数对传感器灵敏度和固有频率的影响,并采用ANSYS有限元分析软件进行了静应力和模态仿真分析,最后搭建了测试系统对传感器进行性能测试。结果表明,加速度传感器的固有频率为84.86Hz,在15~60Hz的低频段具有平坦的灵敏度响应,双光纤在增加传感器的灵敏度的同时有效消除了温度变化的影响,加速度灵敏度为156.70pm/g,线性度为99.38%,刚性梁有效增加了结构的稳定性,在工作频段内的横向串扰为-26.97dB。     

光纤F-P腔高灵敏加速度传感器理论模型研究

以提高光纤波长复用型加速度传感器的灵敏度为目标,分析光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)加速度传感器的增敏思路,阐明FBG加速度传感器灵敏度的增敏瓶颈和固有制约因素,提出波长复用型光纤法布里-珀罗(Fabry-Pérot, F-P)加速度传感器物理模型,理论研究其加速度传感原理,推导加速度传感器谐振频率和灵敏度的解析表达式,深入分析系统的结构体刚度、干涉级次、腔长对加速度传感器灵敏度和谐振频率的影响因素,并对比分析在不同系统刚度下FBG和F-P加速度传感器的灵敏度响应特性。由于灵敏度与谐振频率相互制约,进一步引入品质因子对比分析FBG和F-P加速度传感器的综合性能。在谐振频率为205 Hz时,传感器灵敏度高达198 nm/G,比基于FBG的传感器灵敏度理论上高出约2个数量级,并提出F-P型加速度传感器波长复用方案。理论分析表明F-P型加速度传感器与FBG型相比具有独特的优势,为光纤型加速度传感器的增敏和波长复用提供了新思路,并奠定理论基础。     

基于光纤Bragg光栅的地震检波器的理论与实验研究

提出了一种新型的基于光纤Bragg光栅(FBG)的地震检波器。FBG地震检波器传感头由平面弹簧片、质量块和FBG构成。给出了该检波器的力学模型,理论推导与分析了该检波器的幅频特性和加速度灵敏特性,并讨论了影响该检波器灵敏度的主要因素。实验结果表明,该检波器具有良好的线性度、稳定性和耐受性;检波器的频率响应范围为10～140 Hz,传感器灵敏度为25.9pm/g,共振频率为167 Hz,较符合理论值;最高可检测加速度值大于30g。     

微机械双轴电容式加速度传感器设计

设计一款机械噪声较小、灵敏度较高的双轴电容式加速度传感器,其具有4个水平检测单元,X、Y轴向的检测单元各有两组,且水平对称,有效地消除了轴间的交叉干扰;结构中的保护限位装置避免了结构因加速度值过大而断裂失效和结构测量的不准确。该加速度敏感质量块的大小为3 250 μm×3 250 μm×5 μm;栅型条的尺寸大小为1 575 μm×35 μm×5 μm;间距为35 μm,利用Ansys软件对加速度传感器进行性能仿真,得出加速度传感器X和Y轴向的静态灵敏度为0.253 μm/g;电容灵敏度为1.533 pF/g;X和Y轴向的谐振频率为949 Hz,阻尼比为0.83。     

一种用于泥石流地声监测的FBG加速度传感器

针对泥石流地声的特性,设计了一种悬臂梁 结构的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。理论分析了FBG传感器灵敏度、谐振频率的 影响因素,对传感器 的关键参数进行了优化设计;引入抗弯光纤、高分子超薄涂覆以及CCD解调等新技术,改 善传感器的灵 敏度、串接复用等性能;最后进行了对比测试。实验结果表明:所设计的传感器灵敏度高达 400pm/g,固有频率为310Hz,能很好地满足 泥石流地声监测的要求。     

一种高频双FBG加速度传感器及其解调方法

为了适应光纤传感器在高转速机械设备安全监测 中的应用,设计了一种双光纤布拉格光栅(FBG)对称式 的高频光纤光栅加速度传感器,并提出一种新的匹配FBG解调方法。阐述了传感器 的结构和工作原理,利用有限元方法分析了传感器的静态与动态特性,并通过实验对传感 器的灵敏度、幅频响应特性和横向 抗干扰能力等方面进行了测试。提出了基于比值法的匹配光纤光栅解调原理,消除了光源不 稳定 等因素对检测精度的影响。实验结果表明,本文传感器谐振频率为900Hz,灵敏度为88mV/g,加速度测量 范围大于80m/s²,横向 灵敏度系数小于10%,并具备较好的抗干扰能力。     

基于MEMS技术的水平轴光纤加速度传感器

提出了一种基于微机电系统(MEMS)技术的水平轴光纤加速度传感器,并与Z轴光纤加速度传感器在同一MEMS芯片上制造,形成单一方向出纤的三轴光纤加速度传感器。分析了器件工作原理和器件结构参数与其性能的关系,利用MEMS技术成功制作出了加速度传感器样品。初步测试结果表明,本光纤加速度传感器灵敏度为164mV/g,3dB带宽的截止频率为1 600Hz。     

基于柔性铰链的FBG三维加速度传感器

针对振动测量中三维振动信号测量需要,基于柔性铰链设计了一种光纤光栅(FBG)三维加速度传感器。构建了传感器拾振机构的振动模型,介绍了传感器的结构模型和测量原理,推导了传感器谐振频率和灵敏度理论公式,建立了拾振机构的数学模型,并用MATLAB对传感器拾振机构关键尺寸参数进行优化设计。根据优化后尺寸制作了传感器,通过振动实验对其进行性能测试。实验结果表明：该传感器在X轴、Y轴和Z轴方向的谐振频率分别为673,667和1 376 Hz,工作频率区间分别为0～220 Hz, 0～220 Hz和0～450 Hz,灵敏度分别为72.3,70.2和83.1 pm/g。所设计的传感器具有较好的横向抗干扰能力,能够满足三维振动信号测量的要求。     

Design of Three-component Photoelastic Waveguide Accelerometer

In order to realize a high accuracy seismic exploration in the high electro-magnetic field and to improve oil producibility and recovery efficiency, a three-component photoelastic waveguide accelerometer is designed. Based on the photoelastic effect, the Mach-Zehnder integrated optical interferometer is designed to measure the three-orthogonal components of acceleration and the combined three-component simple harmonic vibrator is designed to reduce the cross-talk among the acceleration components. According to the variation of LiNbO3 waveguide phase under the action of the applied acceleration, the cross-axise sensitivity and transverse sensitivity ratio（TSR） were analysed. The results reveal that the accelerometer has wide band and good linearity. It can satisfy the sensor requirements of high accuracy seismic exploration. The main design parameters of the geophone system are： phase sensitivity： 1.86 × 10^-4 Rad ·m^-1 ·s^-2, natural frequency： 3 500 Hz, and the transverse sensitivity ratio： 0. 11%.