热振子式双轴MEMS角速度陀螺敏感机理的研究

该文给出了一种热振子式双轴微机电系统(MEMS)角速度陀螺的敏感机理。在给出双轴敏感原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上,对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明,开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的温度场;当有角速度加载时,热振子随着输入角速度而移动,造成温度场偏移,两个正交Y(X)方向上对称设置的两热线温差ΔT_Y(ΔT_X)随着输入角速度a_x(a_y)的加大呈现线性增长,x、y轴平均温度灵敏度为121 mK/(°)/s;根据输入-输出ω_x-V_Yout和ω_y-V_Xout特性曲线得到数学模型,从而揭示了敏感机理,x、y轴平均灵敏度为0.091 mV/(°)/s,平均非线性度为1.86%,平均交叉耦合为2.3%。该文为优化结构奠定了实用理论基础。     

耐高冲击过载电容式微加速度计设计

针对近年来常规弹药制导化改造对经历高动态环境的加速度传感器的迫切需求,该文设计了一种抗高过载、低量程的微机电系统(MEMS)电容式加速度传感器。该加速度传感器使用4组折叠梁组对可动结构进行支撑,并带动其在敏感方向移动,同时敏感结构采用差分式电容检测结构和叉齿止档限位结构方案,降低了结构受冲击时的区域应力,提高了输出信号增益及传感器灵敏度。理论计算和有限元分析结果表明,传感器轴向灵敏度为0.22 pF/g(g=9.8 m/s²),可承受轴向幅值为3×10⁴g、脉宽约8 ms的加速度冲击。     

独立敏感式MEMS热膨胀流陀螺的机理研究

提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀螺的温度灵敏度为0.224 K·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.37%,具有陀螺效应,且灵敏度为1.8 mV·(rad·s^-1)^-1,非线性度为2.06%。该陀螺具有灵敏度高及工艺简单等特点,为后续结构优化提供了理论依据。     

集成式石英谐振加速度计倍频电路设计

谐振式加速度计可以将加速度转换为频率信号,在导航、姿态控制等加速度计的应用领域,采集信号需要限定在较短时间内,为了满足应用的要求,基于一种单基片集成式石英谐振器,通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了一种针对集成式石英谐振加速度计的倍频电路设计方案,包括时钟自适应模块和锁相环。时钟自适应模块根据当前输入信号产生锁相环基准时钟并将输入信号进行倍频。离心机加速度测试结果表明,当测量时间由1 s缩短为0.125 s时,传感器标度因数为3 173 Hz/g(g=9.8 m/s²),线性相关系数R²=0.999 32,与未倍频时相比,标度因数与线性度基本保持不变,所设计的倍频电路可应用于石英谐振加速度计的信号处理及数据采集系统中。     

用于白光LED的红色荧光粉SrAl2Si2O8:Eu3+,Li+的制备和发光性能研究

采用高温固相法制备了Sr1－x Al₂Si₂O₈:Eu³⁺ x,Li⁺0.03系列红色荧光粉,研究了试样的晶体 结构和发光性质。合成的试样均为纯相的SrAl₂Si₂O₈晶体,单斜晶系,空间群为 C2/m(12); Eu³⁺和Li⁺进入基质晶体中,使得SrAl₂Si₂O₈晶胞参数a、b和c 略微减小,只引起了晶体结构轻 微的畸变。试样的激发光谱由位于220~580nm波长的一个宽激发带 和一组锐线峰构成,其中 395nm波长处Eu³⁺的⁷F₀→⁵L₆激发峰的强度最强。发射光谱位于550~750nm波长范围内呈现多 条锐 线发射,其中595nm和615nm波长处发射峰最 强,分别归属于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₁磁偶极跃迁和⁵D ₀→⁷F₂电偶极跃迁。研究了Eu³⁺浓度对荧光粉发光性能的影响, 结果表明,随着Eu³⁺浓度的增 加,发光强度先增加后减小,最佳掺杂量为0.03,而对试样的色坐标 几乎没有影响;该系列荧光粉浓度淬灭机理为电偶极–电偶极(d-d)相互作用。     

蓝色荧光粉K(Na)BaBP2O8:Eu2+的制备与发光特性

采用高温固相法在还原气氛中合成K(Na)BaBP₂O ₈:Eu²⁺系列硼磷酸盐蓝色荧光粉,研究煅烧温度 以及用Na⁺掺杂替换K⁺对荧光粉晶体结构和发光性能的影响。利用热重-示差扫描量热 (TG-DSC)、X射 线衍射(XRD)、荧光(PL)光谱和色坐标(CIE)等手段确定了 荧光粉的合成温度,并对荧光粉的晶体 结构和发光性能进行表征。结果表明,800～875℃制备的KBaBP₂O ₈:0.03Eu²⁺荧光粉具有KBaBP₂O₈纯相 结构,属于四方晶系,空间群I42d,荧光粉的最佳合 成温度为875℃。K(Na)BaBP₂O₈:Eu²⁺系列荧光粉 可被波长为365nm的近紫外光有效激发,与InGaN芯片( 350~410nm)相匹配;其发射光谱为 400~650nm的不对称宽带,发射峰位于456nm 左右,对应Eu²⁺的4f^65d1-4f⁷-5d⁰跃迁。利用van Uitert经 验公式计算了Eu²⁺取代KBaBP₂O₈中Ba²⁺和K⁺时所占的晶体学格位,得出 449.4nm、439.1nm两个发射属 于Eu²⁺占据8配位的Ba²⁺和K⁺的5d-4f跃迁发射 ,511.0、506.7nm两个发射属于Eu²⁺ 占据6配位的 Ba²⁺和K⁺的5d-4f跃迁发射。用适量Na⁺替换K⁺可 以明显提高荧光粉的发光强度,其最佳掺杂摩尔比例为 Na/K=0.35/0.65,此时荧光粉的主晶相没有改变,但XRD衍射峰向大角度方向偏移。K(Na)Ba BP₂O₈:Eu²⁺ 荧光粉的CIE点可落在从蓝光到蓝白光区域,在近紫外LED应 用中可以根据实际需要灵活选择。     

基于强度解调的低成本光纤悬臂式加速度计

该文研究了一种基于强度解调的低成本光纤悬臂式加速度计。该加速度计由接收光纤、发射光纤、陶瓷插芯和陶瓷套管组成,接收光纤和发射光纤均为单模光纤(SMF)。对该加速度计的灵敏度进行理论分析并制作了一个光学加速度计,搭建了实验系统。实验结果表明,在工作频带30~1 000 Hz,该加速度计具有71.5 mV/g(g=9.8 m/s²)的灵敏度和良好的相频特性。     

Luminescent property and energy transfer from Ce3+ to Tb3+ in YAl3(BO3)4

A series of Ce³⁺, Tb³⁺ or Ce³⁺/Tb³⁺ doped YAl₃(BO₃)₄ phosphors are synthesized by a high temperature solid-state reaction, and their luminescent properties are investigated. YAl₃(BO₃)₄:Ce³⁺ shows a broad emission band at 422 nm under the 367 nm radiation excitation. YAl₃(BO₃)₄:Tb³⁺ can be efficiently excited by the ultraviolet (UV) light, and produces green emission. The emission intensity of YAl₃(BO₃)₄:Tb³⁺ can be enhanced by adjusting Tb³⁺ doped content, and reaches the maximum at 0.06 mol Tb³⁺. When Ce³⁺ is codoped, the emission intensity of Tb³⁺ in YAl₃(BO₃)₄ can be enhanced, but the commission international del’eclairage (CIE) chromaticity coordinates of YAl₃(BO₃)₄:Tb³⁺ have almost no change. Moreover, the energy transfer from Ce³⁺ to Tb³⁺ in YAl₃(BO₃)₄ is studied.     

基于MEMS的压阻式三轴加速度计的设计与测试

随着微机电(MEMS)产业的兴起,加速度计正在向微型化,集成化,高可靠性,高灵敏度的方向发展,具有广泛的军事和民用前景。在此提出了一种压敏电阻完全对称分布的“8梁—质量块”结构的硅微压阻式三轴加速度计,与传统的单悬臂梁结构或悬臂梁—质量块结构相比,这种结构具有更高的灵敏度和更小的轴间耦合度。介绍了采用ANSYS软件进行结构分析的过程,给出了三轴加速度计敏感单元的制作工艺流程。通过对加速度计的静态测试得出X、Y、Z轴的灵敏度分别为SX=48*10-6V/g, SY=54*10-6V/g, SZ=217*10-6V/g,非线性度分别为0.4%,0.6%,0.4% 。     

YPO4:Ln3+(Ln=Eu,Tb)球形荧光粉的合成及其发光性能优化

采用水热法结合高温退火处理制备了YPO₄:Ln³⁺(Ln=Eu,T b)荧光粉。通过X射线 粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)对样品的结构、形貌和发光性能进行 表征。结果 表明:在水热条件下合成了含结晶水六角相结构的YPO₄·0.8H₂O :Eu³⁺和YPO₄·0.8H₂O:Tb³⁺前躯体;经过 800 ℃高温烧结2h后,前躯体 失去结晶水后得到球形、尺寸均一、表面光滑、四方锆石结构的YPO₄:Eu³⁺和 YPO₄:Tb³⁺荧光粉,颗粒平均粒径约为200 nm。在396 nm波长激发下,YPO₄:Eu³⁺荧光粉可以获得Eu³⁺离 子的跃迁能级⁵D₀→⁷FJ(J=1－4)特征发射,以磁偶极跃迁⁵D₀→⁷F₁(596 nm)的发光强度最强,观察到橙 红色发射,且Eu³⁺的最佳掺杂摩尔分数为11%。同时,YPO₄: Tb³⁺荧光粉在372 nm的光激发下,在548 nm 处的⁵D₄→⁷F₅跃迁具有最高的荧光强度,观察到绿光发 射,且Tb³⁺最佳掺杂摩尔分数为7%。     

Eu3+掺杂Na2La2Ti3O10红色荧光粉的光谱性质

采用传统高温固相法制备了不同Eu³⁺浓 度掺杂的Na₂(La1－xEux) ₂Ti₃O10荧光粉,研究了Eu³⁺浓度 对样品结构及发光性质的影响。X射线衍射(XRD)结果表明Eu³⁺掺杂浓度不大于40%的 样品为四方相Na₂La₂Ti₃O10;当 Eu³⁺浓度达到60%时,出现了正交相NaEuTiO₄。对样品进行 激发、发射光谱的 测试发现,样品可被较 宽波段的紫外光有效激发,获得明亮的红橙色光发射,且Na₂La₂Ti₃O₁₀到Eu 3+存在有效的能量传递。利用 Van模型,证实了Eu³⁺间的交换相互作用是引发浓度猝灭的主要原因。利用Auzel模型 ,解释了Eu³⁺发光的自猝 灭行为。测试了样品在不同温度下的发射光谱和时间衰减曲线,确定样品发光产生 温度猝灭的主 要机理是Crossover过程。利用Arrhenius公式对实验数据进行拟合,确定激活能值约为0.26eV,说明Na₂(La1－xEux)₂Ti₃O₁₀荧光粉具有较好的发光热稳定性。     

一种新型三轴电容式加速度计的设计分析

设计了一种新型结构的体硅工艺梳齿电容式加速度计,该设计采用2个检测质量块,分别检测水平方向和垂直方向的加速度。x,y水平方向不对称梳齿的设计,消除了z轴对水平轴向加速度的干扰,同时z轴支撑梁的设计,解决了水平轴向对z轴的干扰。电容的差分结构有利于提高加速度计的检测性能。用Ansys仿真软件对敏感结构进行静态和模态分析,理论上验证了所提出的三轴电容式加速度计整体结构的可行性。     

Tb3+,Eu3+共掺杂SrMoO4的合成及发光性能研究

采用水热法合成SrMoO₄:Eu³⁺,SrMoO₄:T b³⁺,Eu³⁺系列荧光粉。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光电子能谱(EDS)、荧光光谱以及色坐标等研究了所制备荧光粉的结构、形貌和发光性能。XRD检测表 明,试样的 结构属四方晶系。EDS测试证明,合成样品含有相应组分元素,没有杂质元素。荧光光谱测 试表明, 在364、397、467nm波长紫 外光和可见光的激发下,SrMoO₄:xEu³⁺的发光光 谱由[MoO₄]原子团的³T₁,³T₂－¹A₁电荷迁移跃 迁峰(536nm波长,绿光),以及Eu³⁺的⁵D 0→⁷F₁(593nm波长,橙红光), ⁵D₀→⁷F₂(615nm,红光),⁵D₀→⁷F ₃(646nm,红光)跃迁发光峰组成。在243、288和396nm波长紫外 可见光激发下,SrMoO₄:0.05Tb³⁺,0.05Eu³⁺的发射光谱包含了:Tb³⁺ 的⁵D₄→⁷F₆(489nm波长,蓝光 )、⁵D ₄→⁷F₅(546nm波长,绿光)、⁵D₄→⁷F₄(582nm波长,黄光)跃迁的发射峰,Eu³⁺的⁵D₀→⁷F 1(593 nm波长,橙红光),⁵D₀→⁷F 2(615nm 波长,红光),⁵D₀→⁷F₃(646nm波 长,红光)的发射峰。改 变激发波长,可以调节SrMoO₄:0.05Tb³⁺,0.05Eu³⁺的发光颜色,存在Tb 3+→Eu³⁺的能量传递。     

基于单质量块微纳光栅泰伯效应的双轴MOEMS加速度计

对一种基于单质量块微纳光栅泰伯效应双轴微光机电系统(MOEMS)加速度计进行了设计、加工与测试。利用有限元分析和时域有限差分法分别对双轴加速度计的敏感结构和光栅参数进行仿真优化。在保证加速度计高集成度的同时,为了实现双轴加速度的高精度测量,采用不同周期的两组光栅进行双轴加速度检测,通过磁控溅射工艺将两组光栅结构沉积在质量块的不同区域,最终通过阳极键合方式实现该双轴MOEMS加速度计的制备。实验结果表明,光栅泰伯效应双轴MOEMS加速度计x轴与y轴的灵敏度分别为3.36和3.54 V/g,零偏稳定性分别为25.53和20.91μg@1 s。该研究为实现高精度多轴加速度计提供了一种新的方法。     

白色荧光粉Gd2(MoO4)3:Dy3+,Tm3+的制备及发光性能

采用高温固相法合成了一系列Gd₂(MoO₄)₃:D y³⁺, Tm³⁺白色荧光粉。通过XRD衍射、荧光光谱分析对荧光粉的物相结构以及发光性能进 行了研究,且通过色坐标监测样品的发 光颜色。发射光谱显示荧光粉Gd2－x(MoO₄)₃:xDy 3+在387nm激发下,Dy³⁺的²F₉→⁶H15/2跃 迁的蓝光发射及²F₉→⁶H13/2跃迁的黄光发射最强,随着Dy³⁺浓度增加 ,色坐标由白光向黄 光转移。在Gd₂(MoO₄)₃:Dy³⁺,Tm³⁺的发射光谱中,在361nm激发下,可以同时看到Dy³⁺的 黄光发射和Tm³⁺的蓝光发射,即Dy³⁺的²F9/2→⁶H13/2黄光 跃迁和Tm³⁺的¹D₂→³F₄蓝光跃 迁,因此,通过调节Dy³⁺,Tm³⁺的浓度可以使样品发出白光。当Dy³⁺浓 度为12%,Tm³⁺ 浓度为7～14%时,样品皆在白光区。当Dy³⁺,Tm³⁺浓度均为12%时,样品的色 坐标为(0.338,0.329 )最接近标准白光(0.33)。同时,在 Dy³⁺与Tm³⁺共掺的体系中,可以看到Tm³⁺向Dy³⁺的能量传递。     

CaHPO4:Tb3+纳米晶的相演变与发光性能研究

以无水乙醇作反应溶液,采用室温共沉淀,合成 了CaHPO₄:Tb³⁺绿色荧光粉。用X射线衍射(XRD)、 扫描电镜(SEM)、荧光(PL)光谱、热重(TG)和差示扫描量热(DSC)等分别对所得样品的相结构、形貌、发光 性能以及热稳定性进行研究。研究结果表明,在室温条件下,得到了纯三斜相CaHPO₄:Tb ³⁺;当烧结温度为 400℃时,开始出现相结构转变;温度升高到500℃以上时,晶相完全转变为纯四方晶系Ca₂P₂O₇,但样 品的形貌变化很小,都为分散性比较好、尺寸分布比较均匀的纳米颗粒。同时,利用激发光 谱和发射光谱 研究了Tb³⁺在CaHPO₄和Ca₂P₂O₇基质中的发光性能,在波长为370nm紫外光的激发下,都观察到Tb³⁺的特 征跃迁(⁵D₄→⁷FJ,J=3~6),其中以⁵D₄→⁷F₅ 跃迁发射(544nm)为主,而且CaHPO₄:Tb³⁺的发光强度要明 显强于Ca₂P₂O₇:Tb³⁺。     

微机械气流式加速度计敏感机理的有限元分析

揭示了微机械气流式加速度计的敏感机理。采用有限元方法,分析了在不同加速度输入时敏感元件内的流场分布。结果表明,无加速度输入时,两热敏电阻处的气流速度相等,两热敏电阻上的电流相等,电桥输出为0;有加速度输入时,两热敏电阻处的气流速度之差随加速度变化而变化,引起两热敏电阻上电流之差也随之变化,电桥输出一个对应于加速度的电压。所述的方法为微机械气流式加速度计的结构优化设计提供了简单有效的途径。     

随机电磁光束在生物组织中偏振态的变化

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,以随机电磁高斯- 谢尔模型(GSM)光束作为典型的随机电磁光束,推导了随机电磁GSM 光束在生物组织中交 叉谱密度矩 阵元的解析表达式,并用以研究了其在生物组织中传输时轴上偏振度、方位角和 椭圆率的变化。结果表明,随机电磁GSM光束在生物组织中轴上偏振度、方位 角和椭圆率的变化与折射率结构常数C²_n、光束参数(λ,σ_yy和 σ_xy)及传输距离z有关; C²_n越大,轴上偏振度P极值越小,轴上方位角θ和轴上椭圆率ε极值越大, 且极值对应的传输距离越小;当σ_xx固定,σ_xx与σ_yy差值的绝对值越 大,P、θ和 ε随传输距离的变化率越大;σ_xy越大,P、θ和ε极值越大;光束在生物组织中 传输时,光的偏振态随传输距离的变化范围是很浅的。     

低温度敏感度谐振式压力传感器设计与仿真

为降低材料杨氏模量温度漂移和热应力对谐振式压力传感器温度漂移的影响,该文设计了一种基于Si-SiO₂复合H形谐振梁和双谐振器结构的低温度敏感度谐振压力传感器。通过有限元仿真软件COMSOL对传感器进行仿真验证。结果表明,在0~350 kPa内传感器灵敏度可达21.146 Hz/kPa,-50~125 ℃内零点温度漂移低至0.2 Hz/℃。与全硅结构相比,灵敏度温度漂移由339×10^-6/℃降低至14.1×10^-6/℃,可适应工作温度范围较高的环境。     

非稀土红色荧光粉Mn4+:Li2TiO3发光特性研究

利用高温固相法成功合成了非稀土类红色荧光粉 Mn⁴⁺:Li₂TiO₃,并对所制得的样品进行X射线衍射(XRD)、吸收谱和荧光发射谱等 表征。在波长为475nm的LED蓝光照射时,获得了最大强度位于〖J P 〗682nm波长处的红色荧光,量 子效率约为10%,其对应Mn⁴⁺自旋²Eg→⁴A 2g。计 算了晶体场强度因子Dq和Racah参数B、C,并据此分析了Mn⁴⁺在Li₂TiO₃中的电 子云重排效应。通 过改变掺杂浓度,分析了Mn⁴⁺掺杂在Li₂TiO₃中的浓度淬灭效 应。最后进行了LED白光性能 测试。