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,     

一种基于光纤F-P腔的石墨烯谐振式压力传感器

谐振式传感器具有良好的重复性、分辨率和稳定性,全光纤谐振式微型传感器则集合了微纳结构与光纤传感特性两者的优点。石墨烯作为近年来发现的一种新型材料,具有良好的热学和力学特性,可以作为谐振式传感器中的敏感元件。本文提出了一种基于光纤F-P结构的石墨烯谐振式压力传感器,其兼具微机械传感器和光纤谐振器的优点,具有较高的谐振频率,在测量压力的实验中展现出良好的性能,压力灵敏度最高可达2. 93Hz/Pa,具有重要的应用价值。     

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.     

基于昆虫振动感受器的谐振式硅微机械压力传感器结构设计

针对谐振式硅微机械压力传感器输出信号十分微弱、检测难度大的问题,从结构设计的角度分析了相应的解决方法。将对昆虫孔缝结构振动感受器的研究与谐振式微机械压力传感器的设计相结合,提出在谐振敏感结构中引入孔缝结构,通过孔缝应力集中效应提高检测信号的强度,实现传感器检测性能的提高。     

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。     

MEMS与磁传感器

微电子机械系统(MEMS)是21世纪一项革命性的新技术.其加工工艺是在硅微电子基础上发展起来的,本文介绍了MEMS的发展及两种微型磁传感器,微磁通门传感器和微磁阻传感器,简要阐述了它们的基本结构和敏感机理,从中可以看出微传感器已成为传感技术中有重要应用前景的组成部分.     

基于平面环形微腔结构的超高灵敏度位移传感器的研究

以平面环形微腔结构为核心器件,基于量子力学的隧道效应和“参量振荡不稳定”效应,结合理论计算及ANSYS和Beamprop仿真,设计出基于环形微腔结构的超高灵敏度位移传感器,特别是在1．55μm的谐振波下,对所设计的位移传感器进行了ANSYS力学仿真、Beamprop传输特性仿真以及输出特性数值模拟,论证了位移传感器的可行性,并为以后的实验奠定了基础。     

微传感器最新发展

近年来，微传感器受到国际传感技术界的广泛关注，本文介绍十多个微传感器，包括三轴加速度计，单，双轴加速度计片，表面微机械陀螺（角速度传感器），微惯性导航系统，微磁通门传感器，磁阻传感器，纳米皮拉尼压力传感器，微科氏质量流量计，毫米波图像传感器，GPS手表（1cm^3)，二氧化碳传感器和微/超微角位移传感器，文事简要介绍它们的基本结构。敏感机理，特点等，从中可以看出微传感器已成为传感技术中有重要应用前景的组成部分。     

形状记忆合金薄膜在微机电系统中的应用

形状记忆合金（SMA）薄膜因其特有的形状记忆合金效应，超弹性行为以及薄膜材料所特有的优越性能，而在微机电系统中的微驱动器和微传感器方面极具应用潜力，本文主要介绍了以TiNi基合金为主的形状记忆合金薄膜在微驱动器和微传感器上的国内外应用性研究现状，并展望了其未来的发展趋势。     

垂直耦合悬空型氮化硅微盘光学传感器

提出了一种垂直耦合型悬空氮化硅微盘谐振型传感器,该传感器由一个底部非悬空的接入波导和一个顶部悬空的微盘腔组成,并用实验证明了其具有较高的器件灵敏度和良好的机械稳定性。对于半径40μm的微盘,在1548. 98 nm谐振波长下可以实现超过104的品质因数以及大小适中、5. 66 nm的自由光谱范围。该传感器的灵敏度可通过覆盖不同的有机液体来测量,实验测得值约为554 nm/RIU。该三维传感器的制备与传统的光刻工艺相兼容,利于大批量低成本生产,同时凭借器件尺寸小、工艺简单、检测灵敏度高、响应快、免标记等特点,在国防安全、生物检测和环境监测等方面具有广阔的应用前景。     

基于遗传算法的振荡器谐振回路的参数选择

针对振荡器谐振回路参数选择较多依赖于经验的问题,提出从振荡器的等效电路出发,得到描述振荡器的非线性微分方程,通过引入随机项来描述振荡器的内部电噪声,由此建立用于分析振荡器行为的非线性随机微分方程;并运用遗传算法对振荡器谐振回路进行参数优选,得到适应度以相位噪声最小为优化准则的参数,用该参数进行数值研究,结果表明了该方法的有效性,为振荡器的分析和谐振回路参数的优选提供了一种新方法.     

石墨烯谐振特性研究进展

石墨烯具有优异的谐振特性, 相关研究对谐振式传感器的未来发展和应用具有重要意义。目前石墨烯谐振特性的研究方法主要包括实验测量方法和理论分析方法, 后者又分为基于纳米力学的分析方法和基于经典力学的分析方法。由于利用实验精确获取石墨烯的谐振特性比较困难, 相关的理论研究和总结十分重要。本文就石墨烯谐振特性的研究进展进行综述, 包括谐振式石墨烯传感器的实验和理论分析方法的分类、现状、优缺点以及发展趋势等。     

基于力耦合的非谐振单元组成的超声变幅器设计

传统的超声振动系统全谐振设计方法要求组成超声振动系统的各个单元有相同的谐振频率,各个组成单元的结构尺寸由谐振频率确定,而超声珩齿系统中的齿轮结构尺寸是由它的使用要求决定,是非谐振单元,不能用全谐振理论设计,本文采用力耦合方法,将齿轮简化为环盘,将它和变幅杆组合并联合建立动力学方程,实现了非谐振单元组成的超声变幅器的设计。     

Monolithic miniaturized quartz microbalance array and its application to chemical sensor systems for liquids

We report on the design, fabrication, and application of novel monolithic miniaturized quartz microbalance (QMB) arrays. Up until now, almost all reported resonator arrays (often designated as "electronic noses" or "electronic tongues", respectively, dependent on their application) are assembled from single QMBs. We fabricate arrays with up to 36 QMBs on a single AT-cut quartz blank. Mass sensitive devices based on AT-cut quartz resonators are suitable as (bio)chemical sensors. A frequency shift caused by mass accumulation on the sensor surface increases theoretically with f/sup 2/, hence the detection limits for the application as chemical sensors should be decreased with increasing frequency. Since the quality factor Q of a quartz crystal decreases with f, the frequency stability is reduced, thus limiting mass sensitivity. The mass sensitivity of resonators with different resonant frequencies was examined by means of electrochemical copper deposition on their surface. Subsequently, the manufactured resonators were coated with different layers (polystyrene, amyl-calix[8]arene, /spl beta/-cyclodextrine). In order to examine the applicability of such coatings as sensitive layers, their sensitivities to toluene in water were investigated. Moreover, arrays with up to four different resonant frequencies on one chip were fabricated for comparing the resonator behavior of the same coating at different frequencies. In another test setup, different layers were sprayed onto an array of microbalances having all the same resonant frequency. This allowed for comparing the different coating behavior under equivalent test conditions. Arrays were tested for viscosity measurement to find an optimum resonant frequency.     

电液疲劳试验系统的变谐振控制技术研究

随着激振频率的增加,电液疲劳试验机激振输出幅值急剧衰减,激振频率和激振输出幅值两者之间存在相互矛盾的关系,因此提出了利用谐振能量来提高激振输出幅值的方案。该方案通过改变阀控单出杆液压缸无杆腔容积的方法来改变系统的谐振频率,使得谐振频率与激振频率重合,在谐振点进行激振。在对液压动力机构的运动过程进行分析的基础上,建立系统的数学模型,运用四阶龙格库塔的数值方法对其进行求解,并对仿真结果进行理论分析;理论分析表明可以通过改变无杆腔容积来改变系统的谐振频率,且在谐振点处的激振输出幅值有较大幅度的提升;从负载流量曲线上看,由于谐振能量的输出使得在谐振点处的负载流量急剧降低。最后建立实验系统对以上仿真结果进行实验验证。实验结果表明：在谐振点出的激振输出幅值为饱和输出幅值的25%左右,负载流量反而减小了90%左右;通过改变无杆腔的容积能有效改变谐振频率,拓宽电液疲劳试验机应用范围。     

石墨烯纳机电谐振式传感器研究进展

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,因独特的电学和力学性质而备受关注。近年来,一系列针对石墨烯谐振特性及其应用的研究得到广泛开展,已显示出石墨烯在谐振式纳机电传感器领域巨大的应用潜力。简要描述了石墨烯优异的物理性能和目前主要的几种石墨烯制备工艺现状,重点介绍了近期石墨谐振器的实验、理论研究以及石墨烯谐振器在压力、加速度和质量等物理量传感器方面的应用进展,其中主要围绕石墨烯谐振敏感结构、敏感机理和研究方法等方面进行评述,并分析了石墨烯谐振式传感器研发所面临的挑战和发展前景。     

基于遗传算法和峰度最佳的滚动轴承故障诊断

已成功运用于滚动轴承故障诊断中的共振解调技术,由于其共振解调器参数通常是固定不变的,使其应用范围受限。针对该技术存在的不足,通过分析滚动轴承振动信号的特点,利用信号峰度与故障之间的特定关系和遗传算法具有泛优化能力的优点,提出了一种以遗传算法为工具,并根据特定的设备和运行工况而动态设计共振解的新方法。试验研究表明,所提出的方法是有效可行的。     

Design,real-time modelling,simulation and digital implementation of phase-locked loop-based auto-synchronising current-sourced converter for an induction heating prototype

Induction heating (IH) converters operate just above resonant frequency, at near unity power factor (UPF), to supply power to the targeted work-piece. Some power electronic converter-fed IH systems use power control strategies based on dynamic tracking of the changing resonant frequency as the work-piece gets heated up (since inductance changes). Therefore, the correct in-process determination of the resonant frequency is essential. A method of dynamically detecting the resonant frequency is by calculating the phase-shift between current and voltage continuously during the process. In case of CSI- (and VSI-) fed IH, the phase-shift between voltage and current is zero at resonant frequency. Hence one way of identifying the resonant frequency is by varying the frequency until the phase-shift is zero. For controlling this phase-shift between current and voltage waveforms, most of the controllers use a phase-locked loop (PLL) IC. In this paper, a novel method for the dynamic tracking of resonant frequency is proposed and the practical implementation of the same, using a field-programmable gate array (FPGA) based digital-PLL, is presented. The scheme is first simulated with generated off-line signal samples and then implemented on a real-time model of a CSI-fed IH application. Finally, the digital-PLL logic is implemented on controller hardware and practically tested in a laboratory-made experimental set-up of 2 kW at a nominal frequency of 10 kHz. The switching frequency is auto-synchronising. This fact is practically verified both by varying (i) the geometric dimensions as also (ii) the initial temperature of the work-piece. It is practically observed in the oscillograms that the phase gets locked in few cycles (and hence ensures quick tracking of the dynamically changing resonant frequency for this set-up).     

Subhomogeneous spectroscopy of a Bose condensate of neutral atoms

A method is proposed for resolving experimentally the details of the resonant fluorescence spectrum of a Bose condensate within a homogeneous line whose width is greatly increased because of collective effects. A discussion is presented concerning the application of this method for determining the shifts of the resonant frequencies of the transitions in the condensate as compared to the usual case of nondegenerate atom ensembles. Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 23, 33–38 (January 26, 1997)