基于氮化铝单晶的声表面波压力传感器的特性研究

采用了声表面波(SAW)理论以及SAW谐振器的结构和工作原理,设计了一种基于声表面波(SAW)谐振式压力传感器。采用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics 对氮化铝单晶声表面波谐振器进行建模和仿真,提出符合声表面波振型的对称模态和反对称模态。计算出氮化铝单晶的相速度为5795.17m/s。讨论了氮化铝基底厚度对此压力传感器的相速度的影响。讨论了氮化铝金属化率对传感器的相速度的影响。最后通过附加0～1 000 kg/m2的质量块模拟不同压力下的传感器的频率响应,结果证明压力大小的变化与谐振频率之间具有良好的负相关线性关系。通过拟合得出线性表达式。     

基于气体热对流的微机械倾角传感器综述

针对MEMS技术和气体热对流倾角传感器技术的结合,介绍了基于气体热对流的微机械倾角传感器的国内外研究现状和发展趋势;着重分析该种传感器的原理和性能特点,特别是融合了MEMS技术和气体热对流敏感机理的优点:使传感器具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、可批量生产、优良的抗振动和抗冲击能力等特性.对基于气体热对流的微机械倾角传感器的进一步研究将有益于提高倾角传感器的性能和扩大其使用范围.     

电场探测先进传感器技术

<正>技术开发单位中国科学院电子学研究所技术概述研究所发明了基于MEMS(微机电系统)技术的创新性高性能电场传感器敏感结构,研制出国际上分辨力高的电场敏感芯片;发明了抗表面电荷积聚和离子流噪声干扰、环境适应性强的MEMS电场传感器敏感芯片封装方法与结构,研制出MEMS电场传感器系列新产品。研制的产品已应用于我国太原、西     

硅微矢量水声传感器的封装及测试方法研究

针对目前矢量水声传感器存在的高灵敏度、低频检测以及小型化等问题,提出了一种新型的硅微MEMS矢量水声传感器.利用敏感材料的压阻效应?传感器精巧的微结构以及硅微MEMS技术,实现矢量水声传感器的低频特性和小型化的可行性.以声场中的刚硬圆柱在声波作用下的声散射问题作为切入点,对传感器的同振原理进行分析,并基于该机理以及传感器的特殊结构,提出采用注入蓖麻油的方法实现微结构的柱体与所处介质质点同振.分别采用振动台标定和驻波场测量的方法完成了传感器的灵敏度、频响以及指向性的测试,最后对2种测试结果进行了分析和比较.研究结果表明:所研制的水声传感器具有较低的工作频率,其水下自由场声压灵敏度值为-207.6 dB(0 dB=1 V/μPa,测试频率为200 Hz),指向性图的零点深度为50.9 dB.     

水声基阵声学隔板声屏蔽性能研究

针对水声基阵艉部噪声屏蔽问题,设计了一种新型复合结构声学隔板装置。在仿真计算的基础上,采用声学隔板和声基阵,组建了试验装置,应用水声换能器综合参数测试系统和声呐信号处理系统,在开阔水域对声学隔板屏蔽水声基阵的声场特性进行了试验研究。试验结果表明,设计的声学隔板对声基阵艉向噪声遮挡效果与计算结果相吻合,屏蔽角满足声基阵观察范围,验证了设计的声学隔板满足声基阵艉部噪声控制。     

类手性拉胀型声学超结构的设计及隔声特性研究

为满足航空航天、船舶海洋、土木建筑等领域对轻质多功能结构的迫切需求,本文设计了一种兼具轻量化、高承载和具有优异隔声性能的新型声学超结构。基于声子晶体及声学超材料的设计思想,提出了一种新型类手性拉胀型声学超结构,采用局域共振理论,建立了多层复合谐振局域共振型声子晶体的数值模型,通过与已有结果对比,验证了模型的准确性。基于此,研究了结构在变结构参数条件下的传声损失特性,以及杨氏模量、泊松比等材料参数对结构隔声性能的影响。研究发现：采用多重复合谐振型局域共振声子晶体与橡胶框架进行错层排列,并设置弧度边界,可以同时保障声学和力学性能,并进一步分析了材料、布局对隔声效果的影响。研究结果可为新型轻质隔声结构的设计提供理论参考。     

基于多通道空气耦合的桥面浅层缺陷检测研究

提出一种基于多通道空气耦合的桥面板浅层缺陷快速检测方法,并开发一套多通道桥面浅层缺陷快速检测系统,该系统由多通道冲击源、MEMS声学传感器、距离编码轮、数据采集和信号处理系统组成,可用于快速检测混凝土桥面板内的浅层缺陷,首先通过数值模拟方法分析了浅层缺陷在瞬态激励下的响应特性,进而开展现场试验研究,对球链激励下混凝土桥面板内浅层分层等缺陷的声信号进行短时傅立叶变换处理,综合声信号、距离和时间信息得到了桥面板内部的损伤情况,并绘制了损伤二维图像,检测结果还与回弹法和超声脉冲波速法检测结果进行了对比验证.通过现场测试证明该测试方法具有高效、高灵敏度和可重复等优点,对于桥面板浅层分层缺陷有很好的应用前景.     

光纤微机电压力传感器的设计

设计了一种基于微机电系统(MEMS)的光纤压力传感器，证明了光纤MEMS压力传感器在工作状态下可以由法布里-珀罗腔的理论模型进行解释．推导出光纤MEMS压力传感器中硅横膈膜受到的压力与于涉光强的关系表达式．并且对光纤MEMS压力传感器的模型进行数值模拟，得到了传感器制作过程中涉及到的各个物理量的取值，其中腔体半径为300μm、腔体深度为2．42μm、硅横膈膜厚度为23μm，该设计为光纤MEMS压力传感器的加工和制作提供了理论基础。     

超声珩磨复杂声学系统的局部共振机理研究(Ⅰ)

超声珩磨与珩研复合加工技术是近来对发动机缸套等重要零件表面纹理特性研究的热点 .欲获得其稳定的表面纹理特性 ,声学系统在整个加工过程中的稳定性十分关键 .在该类声学系统中 ,各传声元件的声学特性与整个系统的振动特性密切相关 ,特别是各元件的几何尺寸设计 ,直接影响振动系统的振幅与零件表面的纹理特性 .在文献中 ,研究者曾通过大量的试验 ,发现了局部共振现象在复杂声学系统中的存在为研究局部共振产生的机理与条件 .通过力电类比法 ,首先研究了超声珩磨整体声学系统的有关理论问题     

超声珩磨复杂声学系统的局部共振机理研究(Ⅰ)

超声珩磨与珩研复合加工技术是近来对发动机缸套等重要零件表面纹理特性研究的热点.欲获得其稳定的表面纹理特性,声学系统在整个加工过程中的稳定性十分关键.在该类声学系统中,各传声元件的声学特性与整个系统的振动特性密切相关,特别是各元件的几何尺寸设计,直接影响振动系统的振幅与零件表面的纹理特性.在文献中,研究者曾通过大量的试验,发现了局部共振现象在复杂声学系统中的存在为研究局部共振产生的机理与条件通过力电类比法,首先研究了超声珩磨整体声学系统的有关理论问题.     

水下均匀复合层结构的声特性研究

应用声传递矩阵法,对水下典型复合层吸声结构在全入射角下的低频声学特性进行了研究,推导了多层结构的反射、透射系数的计算公式, 并用数值方法进行求解,根据计算结果具体分析了材料参数、背衬形式、声入射角度对结构声学特性的影响.通过分析可以看出,水下吸声层的应用效果不仅取决于自身的材料特性,还与背衬结构及入射角度有很大关系.     

基于SEA的加筋铝板声传输研究及仿真

运用统计能量分析方法,推导出加筋结构声传输函数,采用VA One中SEA模块对加筋铝板声传输损失进行研究,建立加筋铝板隔声计算的仿真模型。将仿真结果与已有文献试验数据进行比较,证明了采用加筋结构声传输计算模型研究其隔声特性的有效性并分析了相关参数对加筋铝板声传输的影响。研究结论为船舶加筋板的隔声设计提供了一定参考,尤其对铝合金上层建筑舱壁和围壁隔声护板的声学设计具有指导意义。     

一种基于加速度传感器的婴儿车智能刹车系统研究

提出一种利用MEMS加速度传感器技术的坡度敏感的婴儿车智能刹车系统方案。系统以微控制器为核心,依靠太阳能提供动力,能够根据传感器给出的路面坡度情况,自动采取刹车措施以避免婴儿车在坡度路面因监护人疏忽而滑离的危险。样机的试验结果表明,坡度敏感的智能刹车系统原理正确、反应灵敏、运行可靠。     

氮化铝陶瓷与铜界面传热计算机仿真

固体界面热阻是航空航天、低温与超导、微电子技术等领域中研究热点问题，氮化铝陶瓷和金属铜被广泛应用于低温超导装置和集成电路芯片。基于氮化铝陶瓷与金属铜样品之间界面热阻的低温实验，应用MATLAB软件对实验数据进行回归分析，建立了氮化铝陶瓷与铜之间界面热阻与温度、压力等参数的回归分析仿真模型，仿真结果与实验数据有较好的一致性。研究结果对氮化铝陶瓷、铜应用于超导装置和集成电路芯片的传热设计、空间热控制具有重要意义。     

斯特林型热声发动机驱动直线发电机的工作特性

为探索发电机负载与热声发动机之间的耦合规律,开展发电机负载和声学传输管对斯特林型热声发动机工作特性影响的理论与实验研究.自行搭建一套斯特林型热声发动机驱动单直线发电机的实验系统,通过控制发动机与发电机间球阀的开关考察发动机在有无负载情况下的工作特性,通过改变声学传输管长度考察声学传输部件对发动机输出特性的影响.研究表明,发电机负载使系统起消振温度提高,而接入发电机负载前后系统工作频率基本不变;通过优化声学传输部件可有效改善发动机的输出特性,提高发动机的输出压力振幅和发电机输出电功;计算结果表明,改善频率匹配可大幅提高热声发动机驱动发电机系统的性能.     

壳体结构的声散射相似性研究

针对散射实验缩比模型的设计问题,研究了壳体结构的声散射相似性.根据弹性声散射理论,研究了一般情况下壳体结构的声学相似性,同时对有厚度畸变的情况进行了分析.采用材料补偿法来弥补厚度畸变引起的弹性散射特性变化,利用最优控制理论得到厚度畸变模型的最佳壳厚比.研究结果表明,对于球壳和圆柱壳内部真空或内部充水,在频率较低时认为铝壳体近似是钢壳体厚度的2.7倍时两者的形态函数吻合情况最好,声学特性也最相近,并且频率越低其相似性越好.     

基于块匹配技术的MEMS器件平面微运动特性的测量

为测量MEMS谐振器周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数,基于频闪成像原理得到了MEMS谐振器一个周期内各时刻的清晰运动图像,利用块匹配技术对MEMS谐振器的运动图像进行处理,从而得到其特性参数,为MEMS器件的设计提供重要参考。实验结果表明,该方法具有较好的测量精度,测量重复性达到40nm。     

Disturbance Observer Design with a Bode’s Ideal Filter for Sigma-Delta Modulators

基于Sigma-Delta调制器的带有理想伯德滤波器的干扰观测器设计

徐驰,金予,刘航,俞度立

（1.北京化工大学 信息科学与技术学院 ,北京 100029;

2.北京化工大学 软物质科学与工程高精尖创新中心,北京 100029）

创新点说明：

在实际对象的模型建立中,无论采用何种建模方法都不可能得到跟实际对象完全一致的数学模型。因此,模型的实际参数和理想参数存在一定误差,这样的模型不匹配将成为系统分析和设计的不理想因素,同时给设计系统和分析系统带来困难。在MEMS加速度传感器系统中,敏感结构是采用二阶“弹簧-阻尼”机械系统进行模型建立和分析的,由于环境因素(温度,湿度,压力等)会引起敏感结构的二阶模型参数发生变化,造成敏感结构的实际模型和理想模型发生偏差,这样会使得可移动质量块不能完全保持在平衡位置,从而使得整个MEMS加速度传感器系统性能有所下降。再加上,敏感结构不可避免的会受到外界扰动,如果能及时消除这些扰动,可以进一步提高MEMS加速度传感器系统性能。基于以上所述两点,本文将带有理想伯德滤波器的干扰观测器引入到MEMS加速度传感器系统中,实现提高MEMS敏感结构的抗干扰能力,同时实现高鲁棒稳定性目标。带有理想伯德滤波器的干扰观测器在针对系统模型失配、系统存在外部干扰等问题上具有令人满意的解决能力,本文选取理想伯德滤波器作为干扰观测器的低通滤波器,能够提高滤波器阶次的调节范围,同时减小高阶Sigma-Delta调制器系统相位损失,提高系统抗干扰能力。

关键词：干扰观测器 ,ΣΔ调制器,理想伯德滤波器,噪声整形,分数阶系统

     

热声发电系统最大声功捕获特性分析

为了使热声发电系统实现最大声功捕获,提出一种基于热声发电系统声学阻抗设计方法,通过选择合适弹簧刚度系数和谐振电容参数使热声发电系统声学阻抗匹配捕获声功最大.根据相似定理和热声发电系统声学阻抗流源机理,采用类电路相量法建立声功捕获模型,推导声功函数与各元件参数关系.以直线发电机安全运行为约束条件,推导出直线发电机弹簧刚度系数和谐振电容设计表达式,通过数值计算和实验验证了优化设计方法的合理性.     

光机电

可检测50cm高低差气压变化的绝对压力传感器日本欧姆龙株式会社开发出了可检测50cm高低差气压变化(约6Pa)的压电电阻式"绝对压力传感器"。该传感器是以真空状态为零气压来检测压力的传感器,使用MEMS接合技术对传感器芯片内部实施真空密封处理,能够检测出大气与真空状态的压差(绝对压力);同时,通过使用MEMS接合技术,可确保在传感器芯片内部留有较大的真空腔容积,