芯片级平面环形微腔的品质因数

平面环形微腔作为光学微腔的新型腔体,在保持高品质因数的同时其加工更适合批量生产和易于与其他部件的集成,有着广泛的应用前景。文章讨论并模拟了各因素对平面环形微腔品质因数的影响,在此基础上讨论了高品质因数平面环形微腔的设计和加工。最后给出中北大学微纳中心设计加工的平面环形微腔实例。     

微悬臂梁法向弹性系数的标定方法与分析

微机械加工制造的微悬臂梁/探针在科学研究和工业生产中有着重要的应用,作为原子力显微镜中的关键核心组件,微悬臂/探针结构在许多领域如表面特性研究和微加工等领域扮演着重要的角色.目前,尤其在生物、化学、和危险物品的检测上已经成为一个重要的平台.除了尺度测量外,当人们对表面力和原子间的相互作用力需要更准确和绝对的数值时,需要对微悬臂的弹性系数进行准确的标定,弹性系数的测量精度影响测量力学量的最终结果.本文对目前发展起来的几种标定方法,如参考悬臂梁的标定方法、悬臂梁的共振法和悬臂梁的热噪声振动法,从原理上和试验上进行总结和分析,对相应测试方法和影响测试精度的相关因素进行评述.     

微机械悬臂梁中的机械噪声机制分析

微机械悬臂梁的优化设计,需要对于其具体性能要求为基础来进行理论工作。以其机械噪声控制为例,就需要综合考量到温度,压力和频率对其造成的影响。文章正是从这个角度出发,积极探析微机械悬臂梁中的机械噪声控制。     

微悬臂梁动态特性表征用真空系统的仿真研究

本文研究了用于表征微悬臂梁动态特性的高真空系统,研究了用于夹持微悬臂器件的样品台和用于调节真空室内压力的精密可调漏气阀.该阀在不同压力区间下采取机械机构和压电陶瓷驱动器改变阀门开度,具有精度高、适用范围广等优点,利于实验研究和工程测试.模拟分析结果表明该阀能精确调节10-6Pa～103 Pa内压力.系统设置了减振支架和底座,用波纹管连接真空室和抽气系统,对系统振动信号的模拟计算表明所用减振支架和底座能够减小杂质振动信号对微悬臂梁动态特性测定的干扰.采用一般商用漏气阀控压,对微悬臂梁品质因数的测定实验结果表明了表征系统及精密阀的实用前景.     

原子力显微镜微悬臂梁杨氏模量动态测试方法

原子力显微镜微悬臂梁是微纳米领域重要的微力传感器,而微悬臂梁的杨氏模量又是决定其力学性能的重要参数.由于微悬臂梁的尺寸处于微米级,有些特征尺寸甚至达到纳米级,常规的测试结构材料特性的检测方法已经难以满足需求,急需研究新的测试方法和装置对微悬臂梁的机械特性进行研究和分析.本文提出了一种基于微悬臂梁振动固有频率测试的杨氏模量测试方法.使用本方法时,首先建立待测微悬臂梁在空气中的振动模型,并使用数值仿真的方法计算结构尺寸相同但杨氏模量不同的各种微悬臂梁在空气中的振动固有频率,然后实际测量微悬臂梁的振动固有频率,和实验结果最接近的仿真结果所对应的杨氏模量参数就是待测微悬臂梁的杨氏模量.本文最后对Mikromaseh公司生产的NSC型探针的杨氏模量进行了测试,实验结果证实了本文提出的方法的正确性.     

微悬臂梁传感器工作模式理论分析研究

简要地介绍了微悬臂梁传感器的工作原理和主要特性,着重介绍了微悬臂梁传感器动、静态工作模式下的理论分析方法和提高灵敏度的主要方法。微悬臂梁传感器在动态工作模式下灵敏度极高,但在液态环境下使用易受到液体阻尼效应的影响,只适于在空气中运行使用;相对于动态模式,静态模式受液体黏性的影响较小,更适于在液态中使用。     

用于微等离子体无掩膜刻蚀的微悬臂梁探针的设计和加工

设计了一种用于微等离子体无掩膜刻蚀加工的微悬臂梁探针结构,即将微等离子体放电器集成在SiO2悬臂梁探针端部的空心针尖上,等离子体从针尖处的纳米孔导出,以实现高精度、高效率的无掩膜扫描刻蚀加工.设计了该悬臂梁探针的加工工艺流程,即对(100)硅片进行各向异性湿法刻蚀得到倒金字塔槽,并双面氧化,然后依次沉积并图形化微放电器的上、下电极和绝缘层,最后背面释放出带空心针尖的SiO2悬臂梁,并加工出针尖尖端的纳米孔.成功制作出质量良好、具有很高成品率的带薄壁空心针尖的SiO2悬臂梁探针阵列及倒金字塔型微放电器.实验结果表明,该微放电器能在3～15 kPa的SF6气体中稳定放电,为悬臂梁探针阵列和微放电器的工艺集成以及Si基材料的无掩膜扫描刻蚀加工奠定基础.     

压电陶瓷激励微悬臂梁的动态特性

结合流体中微悬臂梁振动频率响应的理论模型,通过实验、理论计算和基于流固耦合的有限元仿真3种方法,分析了在空气和去离子水中不同结构、尺寸的微悬臂梁的谐振频率、品质因子以及幅频响应曲线,并对3种方法得到的结果进行了对比.结果显示,空气中各种方法得到的谐振频率较为吻合,相对于实验值的偏差在1%以内.去离子水中,梁谐振频率的理论值和仿真值基本一致,而实验值则较大,前两者相对于实验值的偏差在13.9%～27.3%之间;对于品质因子,理论值和仿真值依然较一致,但相对于实验值出现较大偏差,最大达70.5%.分析表明,对于液体环境下压电陶瓷激励的微悬臂梁,频率响应曲线中干扰峰的存在会严重影响微悬臂梁品质因子的准确测量.微悬臂梁动态特性的研究对基于微悬臂梁的传感器的设计优化和液相原子力显微术的应用具有一定意义.     

用于挥发性有机化合物探测的微悬臂梁传感器

在研制成功的用于化学气体探测的热驱动微悬臂梁谐振器的基础上,提出了基于这种微悬臂梁谐振器,并以聚合物涂层作为挥发性有机化合物吸附敏感层的谐振式气体传感器.利用3种聚合物材料：聚氧化乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇乙醚醋酸酯（PEVA）,在微悬臂梁谐振器上制备气体敏感层,探测6种挥发性有机化合物：甲苯、苯、乙醇、丙酮、己烷和辛烷.通过有限元分析估计了聚合物涂层的工作温度.用喷射法制备了PVA和PE-VA涂层,用点滴法制备了PEO涂层.测试了传感器的开环幅频特性,实验检测了气体传感器的谐振频率变化与分析物蒸气浓度的关系以及传感器对相对湿度的响应,分析了传感器的灵敏度和线性度.实验结果表明,这种涂覆聚合物敏感层的热驱动微悬臂梁谐振器为探测挥发性有机化合物提供了良好的平台.根据实验结果,可开发几种基于不同聚合物敏感层的高灵敏度微型气体传感器.     

静电驱动裂纹微悬臂梁结构振动特性分析

基于Euler-Bernoulli理论,提出了非线性静电力和压膜阻尼效应下裂纹微悬臂梁的动力学模型与分析方法,研究了耦合作用下裂纹微悬臂梁结构的振动特性。模型中裂纹采用转动弹簧模拟,该模型引起位移一阶导数不连续,不连续度与二阶导数成比例。结果表明,裂纹位置、裂纹开裂程度、非线性静电力以及非线性压膜阻尼效应对裂纹微悬臂梁结构的振动特性都有着较大影响。研究结果可用于微器件的设计、性能改进及健康检测。     

基于微梁谐振原理的相对湿度检测技术

提出了一种基于微梁谐振原理的相对湿度检测方法．建立了微梁谐振频率与环境相对湿度的函数关系,通过检测谐振频率可以测量环境相对湿度．利用压电微梁直接激励法进行实验,得出了30％～80％湿度范围内微梁谐振频率与相对湿度的关系曲线．经实验验证,基于谐振原理的微梁湿度传感器有良好的精度和重复性,分辨率可达0．2％RH,精度优于±2．0％RH．微梁湿度传感器体积小、响应快、精度高,在微机电系统和微全分析系统中有广泛的应用前景,     

基于ISO 13660的数字印刷线条质量分析与评价

根据ISO 13660标准建议的测量方法,使用基于扫描仪的数字印刷质量检测系统进行了线条印刷质量评价和分析。采用液体墨粉和固体墨粉的静电照相数字印刷机,分别在2种不同类型纸张上输出了数字印刷品作为测试样张。根据检测系统测得的数据,分别从线宽、粗糙度和模糊度等ISO 13660定义的线条和字符质量属性,分析和评估了2款数字印刷机输出的印刷品的线条质量。测量分析发现,由于2款数字印刷机在成像系统、结构设计和墨粉上的差异,使其线条质量上也存在差异。     

Digital Continuity Guarantee Approach of Electronic Record Based on Data Quality Theory

Since the British National Archive put forward the concept of the digital continuity in 2007, several developed countries have worked out their digital continuity action plan. However, the technologies of the digital continuity guarantee are still lacked. At first, this paper analyzes the requirements of digital continuity guarantee for electronic record based on data quality theory, then points out the necessity of data quality guarantee for electronic record. Moreover, we convert the digital continuity guarantee of electronic record to ensure the consistency, completeness and timeliness of electronic record, and construct the first technology framework of the digital continuity guarantee for electronic record. Finally, the temporal functional dependencies technology is utilized to build the first integration method to insure the consistency, completeness and timeliness of electronic record.     

基于机理的数字影像生产质量控制研究

当前对数字摄影测量中空间数据的误差和不确定性研究的主要方法是基于经典的概率统计理论的。该方法的优点是简单,适用性强。但统计模型一般是描述性的,仅对观测数据作经验性的统计描述或进行相关的分析,而不解答这样结果的原因。鉴于此,本文结合数字测量生产的一般流程和系统控制论,提出了基于误差机理的分析方法,用于评论和指导影像生产中各环节的质量控制,降低误差积累对最终影像加工成果的影响。     

基于四元数奇异值分解的数字印刷质量评价

目的针对人眼视觉感受与印刷质量评价结果存在不一致的缺陷,提出全四元数及奇异值分解的数字印刷质量评价方法。方法首先,依据图像颜色空间属性,采用四元数作为印刷图像表示模型,其中四元数矩阵实部为图像亮度方差,虚部为红、绿、蓝颜色,建立印刷图像全四元数表示模型。然后,对四元数图像模型进行四元数奇异值分解,得到图像四元数特征向量。最后,印刷图像质量评价指标以图像奇异值特征向量线性相关程度进行衡量。结果印刷图像四元数模型可完整地表示数字印刷图像,有效地凸显人眼视觉敏感结构信息,在印刷质量评价中实现了图像信息并行处理。结论印刷图像四元数模型提高和改善了彩色印刷图像质量准确性,与人眼视觉特性一致性较好。     

基于图像处理的数字印刷线条质量检测方法研究

从 ISO 13660 标准定义的数字印刷品线条质量的客观测量指标出发,从图像处理的角度,分析了各个主要质量指标的测量方法。 一方面,按照 ISO 13660 的规定,使用扫描仪以 600 dpi 获取需要测量的图像,然后通过 Hough 变换、边缘跟踪、直线拟合等手段对线宽、粗糙度、模糊度等各个指标进行分析计算;另一方面,通过函数拟合建立了灰度值与密度值之间的关系,实现了 ISO 13660 中关于暗度的计算。 最终选取 5 组样本,以验证算法效果,结果表明该算法能够较好地实现对数字印刷线条质量各个指标的测量计算。     

基于数字锁相解复用的多通道近红外光并行检测技术

多波长光源照射下微弱光的准确检测是利用近红外漫射光进行人体疾病诊断时所面临的基本问题,而多光源并行检测是实现快速测量所要解决的关键问题之一.基于数字锁相的基本原理,提出了结合单光子计数技术和现场可编程门阵列(FPGA)平台的多通道数字锁相方案,不但可实现微弱光的准确检测,而且可实现多通道实时并行检测.基于此方案,搭建了多通道近红外光检测系统.实验结果表明,所搭建的检测系统对由仿体出射光的检测信噪比为24dB,同时对不同频率编码的光源具有很好的识别度,对不同调制幅度的测量误差小于9.13%.     

数码打样色彩质量评价方法的研究

目的研究数字化工作流程条件下数码打样色彩复制质量精准高效的评价方法。方法将IT8.7/4色表1617个色块进行分区,并分析各分区色差、网点扩大和L值阶调复制曲线与数码样张色彩质量的内在关系,最后统计影响数码样张色彩质量的关键点。结果实验表明1617色表各分区平均色差都在0.5左右,最大色差在3以内,且L值阶调复制曲线光滑平整,这说明色彩复制质量较好。但黄色的点色差比较大,复制曲线不光滑,阶调丰富性再现不好,故应调节与黄相关的参数,提高色彩复制质量。结论综合色差、网点扩大和L值阶调复制曲线与数码打样色彩质量之间的关系,验证了色彩质量评价方案的可行性和精准性。     

基于四元数奇异值的数字视频质量客观评价方法应用研究

针对512kb/s,1Mb/s,2Mb/s这3种中国常见的网络环境,以及FLV,WMV,MP4这3种国内流行的流媒体格式压缩视频,利用四元数奇异值法,对同一视频压缩成的不同格式、码率、分辨率的数字视频进行客观评价,并利用主观实验验证该方法的准确性。评价结果显示:512kb/s下,FLV格式以不错的清晰度得到了较好的评价;1Mb/s和2Mb/s下,WMV格式较FLV和MP4格式的评价较差;2 Mb/s以上的带宽,MP4格式视频失真程度最小,因此在清晰度和观影视觉效果方面具有非常大的优势。