基于YCOB的高温声表面波谐振器的研究

该文研究了在新型压电材料YCa4O(BO3)3(YCOB)上设计和制备高温声表面波(SAW)谐振器。研究了2种不同切型X-90°、Z-90°YCOB为基底的SAW谐振器的高温性能。研究表明,在600℃下器件的稳定性高,其谐振频率随着温度的升高呈线性降低。Z-90°YCOB器件的谐振频率和温度灵敏度分别为278.94 MHz和21.22kHz/℃;X-90°YCOB器件的谐振频率和温度灵敏度分别为230.53MHz和13.44kHz/℃。结果表明,Z-90°切型的YCOB的温度灵敏度较高。     

基于微波谐振结构的油料金属磨粒含量检测的传感器设计

为了利用介电常数法测油料的金属磨粒含量,提出了一种基于微波谐振结构的金属磨粒含量检测传感器。该传感器以环形微带线为谐振结构,采用交指耦合线馈电,同时,在传感器的金属接地板上加载互补开口谐振环以增强谐振特性。利用油液介电常数与金属磨粒含量之间的关系,以介电常数代替对应含量进行仿真,仿真结果显示,当待测油液的金属磨粒含量由0μg/g变化至170μg/g时,传感器的谐振频率向低频处发生偏移,其中圆柱形容器频偏为74MHz;杯形容器为128MHz;加载互补开口谐振环后,杯形容器频偏为298MHz。最后拟合了油液金属磨粒含量与频率偏移之间的关系,建立了油料金属磨粒含量的检测模型,拟合优度为0.9932,拟合效果较好。     

基于PZFlex的1-3压电复合材料横向振动模仿真

1-3型压电复合材料具有高机电耦合系数和低声阻抗,适用于制作水声和医疗超声换能器,但是1-3型压电复合材料的横向振动模会降低换能器的性能,限制换能器的小型化和高频化。该文设计了一组具有矩形压电陶瓷柱的1-3型压电复合材料,复合材料的厚度为0.32 mm,陶瓷柱宽度为0.08 mm,长度为0.10~0.25 mm,刀缝宽度为0.05 mm。利用有限元软件PZFlex进行了建模计算,仿真结果表明,复合材料的厚度谐振频率和反谐振频率分别为4.5 MHz、6 MHz,随着陶瓷柱长度的增大,横向谐振频率逐渐向低频处移动,当陶瓷柱长度和高度比值大于0.69时,横向谐振和厚度谐振发生模式耦合。该文基于复合材料设计了换能器,利用PiezoCAD软件计算得到换能器的中心频率为4.7 MHz。     

纺织基底无芯片RFID 湿度传感器

研制了一种无湿敏材料的纺织基底无芯片RFID 湿度传感器用于检测环境湿度。通过射频仿真软件 HFSS,获得谐振频率在2. 45 GHz 具有较高品质因数的纺织基底谐振器模型,对以谐振频率偏移量作为灵敏度指标 的检测原理进行了仿真。利用丝网印刷工艺和刻绘工艺分别在不同类型纺织物上制作了无芯片RFID 湿度传感器, 系统研究了制作工艺、纺织品类型和厚度对传感器湿敏特性的影响。结果表明,0. 5 mm 厚度下不同基底类型湿度传 感器的灵敏度由高至低依次为:棉基底、亚麻基底、聚酯纤维基底,恢复特性呈相反顺序,其中棉基底传感器在高湿 范围内平均灵敏度达3. 8 MHz/ %RH,聚酯纤维基底传感器恢复度达86%;相同类型的棉纺织基底下基底厚度越大, 平均湿度灵敏度越高,恢复特性越差。传感器稳定性测试表明传感器具有较好的中长期稳定性。对纺织基底湿度 传感器的感湿机理进行了分析,纺织纤维中的亲水基团与水分子间形成氢键,改变了基底的介电参数,传感器的湿 敏特性与组成纺织品的纤维成分、纤维细度、编织方式有关。     

基于双光纤光栅的高灵敏度低频加速度传感器

针对低频振动信号的高精度测量需求,设计了一种基于双光纤光栅的变宽度椭圆铰链式低频加速度传感器.首先建立传感器的结构模型,理论分析了传感器的振动响应特性,给出该传感器的谐振频率及灵敏度的公式.随后搭建了传感单元的数学模型,对传感单元结构的关键尺寸参数进行了优化.另外,利用有限元仿真验证了理论分析结果,最后加工制作了传感器样件,对其进行加速度性能测试.实验结果表明:传感器的谐振频率约为36 Hz,工作频带为0-10 Hz,灵敏度为1496 pm/g.所设计的传感器具有较高的灵敏度、良好的温度补偿能力,能够满足工程中低频振动检测的要求.     

不锈钢毛细管和聚合物联合增敏的高频FBG加速度传感器

为了适应于变压器的内部振动监测的需要,提出 了一种不锈钢毛细管和聚合物(Polymer)相结合的高 频光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。利用有限元分析了 不同毛细管厚度 和多种聚合物填充下传感器的静态与动态特性,根据仿真参数研制了振动传感器,并通过 振动台实验对 其灵敏度以及幅频特性作了实验测试。实验结果表明:选择有机玻璃(PMMA)为聚合物填充 材料时,毛细管厚分别为0.1、0.2和0.3mm时,传感器谐振频率分别为1000050和 1100 Hz,灵敏度分别为32和18pm/g;选择环氧树脂为聚合物填充材料时,毛细管厚分别为0.1和0.3mm时,传感器谐振频率分别 为900000和 1050Hz,灵敏度分别为35、29和20pm/g。     

一种提高无芯片RFID标签识别可靠性的方法

提出一种新型的频域无芯片编码方法,将用于编码的多谐振器在空间排列上进行了水平偏移。在频率2.65-3.75 GHz 范围内,长度为50 mm、宽度为30 mm 的RT/ duroid 5880 基板上设计并实现了12 位的无芯片编码,仿真和测试结果都表明该方法能够有效减小无芯片RFID 标签各谐振器之间的电磁耦合,提高雷达散射截面(RCS)响应,从而显著提高无芯片RFID 标签识别的可靠性。     

基于SAW谐振器无源无线传感器编码方法研究

为简化声表面波(SAW)传感器的编码过程,提出了一种基于SAW谐振器的编码方法,通过多个不同中心谐振频率的SAW谐振器分别连接不同的负载阻抗进行传感器的编码。设计了传感器的具体结构,建立了传感器的等效电路模型,利用ADS仿真软件对中心谐振频率分别为868MHz和915MHz的2个SAW谐振器组成的传感器进行仿真,结果表明,SAW谐振器外接1pF与4pF的阻抗,其谐振频率差可达200³00kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75300kHz。根据仿真结果,设计制作了不同编码的2个传感器,一个不外接阻抗,一个外接10pF的阻抗,测试谐振频率差别可达39.75⁴0.2kHz,因此,SAW谐振器外接不同阻抗时谐振频率的差异明显,基于SAW谐振器与外接阻抗的传感器编码方法是可行的。     

体声波谐振式日盲紫外光传感器研究北大核心

提出了一种并联体声波谐振器(BAWR)与Ga_(2)O_(3)基MSM紫外传感器的新型高灵敏度传感器结构,即体声波谐振式日盲紫外光传感器(BAWR-UV Sensor)。设计并制备了MSM Ga_(2)O_(3)紫外传感器和BAWR传感器,将实测的光、暗S参数在仿真软件中封装为S1P数据模型代替MSM等效电路,用MBVD模型代替BAWR等效电路,通过并联两种结构建立了BAWR-UV仿真模型;采用ADS软件仿真了BAWR核心参数对BAWR-UV传感器灵敏度的影响,研究了提高灵敏度的设计方案。仿真结果表明,在0.5~4.5 GHz频率范围内,BAWR-UV的并联Q值越大,阻抗灵敏度越高,同时阻抗灵敏度随频率降低而增大,在并联谐振频率f_(p)=0.533 GHz时获得最佳阻抗灵敏度为100 kΩ/(μW/mm^(2));频率灵敏度随频率的升高而增大,在f_(p)=4.5 GHz时获得最佳频率灵敏度为1.4 MHz/(μW/mm^(2))。最后,开展了高灵敏度日盲紫外传感器的探索。     

1例起搏器电极致心肌穿孔伴心肺复苏高龄患者的护理

为了获得高谐振频率、大扭转角的驱动元件,设计了一种新型的压电圆盘扭转致动器.以直径33 mm、厚0.2 mm的压电陶瓷圆盘作为基体,并在其一侧沉积上环形金属银膜,通过激光将金属膜刻蚀出21对螺旋形的叉指电极线,电极间距为0.97 mm,宽约为110 μm,样品在3 kV/mm电场下极化30 min.实验结果表明,样品的扭转谐振频率可达225.6 kHz,在驱动电压峰-峰为10 V的条件下,最大扭转角度可达0.018 4°.     

基于RFID天线传感器的金属表面裂纹监测研究

为探究基于射频识别(RFID)标签传感器对表面裂纹扩展动态监测能力,采用微带标签天线作为裂纹传感器,以其反向散射信号作为裂纹扩展表征参数,并设计了一种裂纹扩展测试的新方法。该方法采用降载勾线法以获得表面裂纹在扩展中的实际尺寸,建立了表面裂纹尺寸与反向散射信号相位之间的关系。实验结果表明,该传感器可对5.646 mm²的裂纹扩展量进行感知,理论上能够实现0.195 (°)/mm²的监测灵敏度,达到了动态监测的目的。     

基于光纤光栅的杆型二维振动传感器

为了实现两个方向的振动信号检测,提出了一种以杆为弹性结构的二维光纤光栅振动传感器。首先对该传感器进行了理论分析,并推导出其固有频率和灵敏度公式。然后对传感器结构进行了优化仿真,确定各个参数的最终值。最后通过实验研究了传感器的各项性能。实验结果表明,该传感器在x方向上的固有频率为493 Hz,灵敏度为54 pm/g,线性度为99.9%;在y方向上的固有频率为466 Hz,灵敏度为5 pm/g,线性度为97.5%。此外,采用双光纤光栅消除了温度对振动信号测量的影响,温度灵敏度为0.1 pm/°C。该传感器结构简单,可检测两个方向的振动信号,消除了温度的影响,在振动信号检测中表现良好,因此在多维振动信号检测领域具有重要研究意义。     

一种共面波导馈电的圆极化天线的设计

RFID系统在当今社会应用广泛,天线在RFID系统中的作用尤其重要,圆极化天线的设计大大提高了系统的灵活性和可靠性。给出了一款通用频带的特高频RFID 阅读器天线。该天线通过共面波导馈电,在介质层顶部的接地平面刻蚀方形槽,为了增加天线阻抗带宽,将共面波导馈线弯折设计;为了提升天线的圆极化性能,在槽内适当添加L 型连接线。该天线实现了410 MHz的阻抗带宽和488 MHz的轴比带宽,天线尺寸为115 mm*115 mm*0.3 mm。     

低电平扫描电流高强辐射场试验方法研究

低电平扫描电流试验(LLSC)是飞机高强辐射场(HIRF)试验的一部分,其实质是在2~400 MHz 频段 内对飞机进行电磁辐照,以确定外部HIRF 环境与设备线束感应电流之间的传递函数。基于RTCA/ DO-160G 和SAE ARP5583A 标准建立HIRF 测试环境,通过对AC312E 直升机开展低电平扫描电流试验,得到了线束传递函数随频 率、天线极化方式、电磁辐照方向、线束布置的变化规律并分析了其影响机理。结果表明:发射天线以不同极化方式 辐照机体时,不同布置的线束其传递函数有一定差别;发射天线以垂直极化在0°方向辐照时,行李舱附近右发动机 控制单元(EECUR)线束的传递函数比位于驾驶舱的座舱显示器(MFD)线束的传递函数要小;发射天线以垂直极化 方式在不同方向辐照机体时,EECUR 线束在某些频段下在右侧90°方向辐照比左侧270°方向辐照的传递函数要大。 所得结论可为直升机适航符合性验证和低电平扫描电流试验的开展提供参考与支撑。     

基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器

设计加工了一种太赫兹超材料微流体传感器件,利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）对其在太赫兹波段的传输、谐振及传感特性进行数值模拟。采用太赫兹时域光谱系统实验研究了偏振方向对传感器灵敏度的影响。实验结果表明,当超材料谐振环开口方向与入射太赫兹波的偏振方向平行和垂直时,折射率传感灵敏度可分别达到39.29 GHz/RIU和74.43 GHz/RIU。通过等效电路模型对该超材料器件的传输和谐振特性做了分析,并进一步明确了其传感机制。该超材料器件可对微量液体（5 l/mm2）实现芯片式的折射率传感,具有较高的传感灵敏度,在化学生物传感器的设计和制造领域具有潜在的应用前景。     

Optical readout of resonant quartz sensors

A force-sensitive AT-cut quartz disc produced variable-frequency optical modulation with a depth of 8% at the 2 MHz fundamental resonance. The elements of a fibre-optic sensor were demonstrated, including optical powering of the oscillator and optical modulation at the difference frequency between a reference crystal and a sensor crystal.     

一种UHF频段小型圆极化微带天线

采用曲流技术在贴片内部开十字形缝隙,在贴片边缘开矩形缝隙,并通过对贴片切角形成微扰,设计了一种UHF频段小型圆极化微带天线。设计的贴片天线尺寸为59×59mm^2（即0．176λ）,与相同频率相同介质的普通微带贴片天线相比有约54％的尺寸下降。天线的实测结果显示,在898—925MHz内回波损耗小于-10dB,在910—920MHz实现圆极化特性。     

全方位气体摆式倾角传感器的结构原理

介绍了全方位气体摆式倾角传感器的敏感原理,并对几种敏感元件的结构设计方案进行了详细的分析。在影响传感器主要性能的基础上,比较了不同敏感元件的优劣,找出最合适的敏感元件结构设计,最后通过对实际制作的全方位倾角传感器进行测试,表明所介绍的全方位气体摆式倾角传感器的灵敏度达到0.1°,方位角测量范围达到360°,倾斜角度测量范围可达到25°,达到了预期的设计目的。     

新型声表面波湿度传感器的研究

乐甫(Love)波其质点振动方向垂直于传播方向,同时又平行于基片表面,在基片法线方向上无振动分量。因此当基于Love波的电子器件在接触液体时Love波能量损耗很少,因而乐甫波声表面波(SAW)传感器主要用于液相检测。在石英上表面及在其上面淀积的SiO2薄膜中激发、传播的乐甫波对SiO2薄膜质量的变化很敏感,因此该文研究了基于乐甫波的湿度传感器感知气体环境的湿度含量。该文乐甫波湿度传感器采用42.75°Y-旋转切割石英基片,传播方向为[0°,132.75°,90°]。吸湿膜采用APCVD制作的多孔SiO2薄膜,此类膜比PECVD制作的SiO2膜疏松,吸湿、脱湿迅速。传感器灵敏度为62kHz/%RH,最大湿滞约3%,测得的湿敏特性、迟滞特性表明,Love波SAW湿度传感器线性度较好,实验验证了该结构具有很好的气体测试前景。