一种新型玻窗清洁机器人的设计与实现

为了实现对玻璃窗户全方位自动、高效地清洁,设计了一种新型玻窗清洁机器人.介绍了机器人的总体设计思路,重点阐述了机器人的结构设计、驱动模块以及控制算法.测试表明,该玻窗清洁机器人操作简单、控制灵活、实用性强,且具有较高的可靠性和准确性,可实现竖直方向全方位自由移动,清洁效果良好.     

CMUTs机电耦合系数解析式及其对功耗的影响

电容式微加工超声换能器(CMUTs)在便携式超声成像与治疗、家庭超声诊断系统、基于超声波的非接触式人机接口等领域具有极其可观的应用前景。实现低功耗、高机电耦合系数CMUTs的研发是解决上述应用需求的关键,而这就需要对CMUTs机电耦合系数的变化规律及其对功耗的影响具有更深入的理解。针对圆形和方形薄膜CMUTs,利用基于固定电容和自由电容比值的原理建立了圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式,同时利用有限元仿真和对已有CMUTs芯片机电耦合系数的试验测试来验证理论解析式的正确性;开展了机电耦合系数的参数化研究;建立了CMUTs功耗与偏置电压之间的函数关系。结果表明圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式能在低于塌陷电压96%的偏置电压范围内准确分析不同偏置电压下的机电耦合系数。在相同偏置电压下,机电耦合系数随着空腔高度增加而降低,但随着薄膜半径增大而增加;在相同偏置电压/塌陷电压比下,具有不同结构参数的CMUTs机电耦合系数相同。此外,从功耗与机电耦合系数的内在关系研究中可知通过减小塌陷电压或提高在低偏置电压下的机电耦合系数则可实现低功耗和高机电耦合系数这两种相互制约的性能参数...     

基于微机械电子技术的黏度测量传感器

黏度作为流体特性的基本问题,在生物化工等诸多工程中是控制生产流程、保证安全生产、进行医学诊断及科学研究的基础性热物数据,为满足各个领域高精度与高效快捷的黏度测量需求,近年来黏度测量手段已不局限于如毛细血管法、旋转法等传统意义的宏观测量方法,基于微纳米尺度的黏度测量技术已展现出其突出的发展与应用前景.微机械电子系统(Mi...     

基于共晶键合技术的CMUTs结构设计与试验测试

电容式微加工超声换能器(Capacitive micromachined ultrasonic transducers, CMUTs)在超声成像与治疗、3D超声姿态识别等领域具有广泛应用需求。将CMUTs与ICs进行集成是减小寄生电容、提高信噪比的重要途径,然而目前基于熔融键合的CMUTs制备技术需要高温条件(>1000℃),无法实现与ICs的集成制备。开发基于共晶键合的CMUTs制备工艺是解决上述问题的有效途径。针对该低温工艺,设计了圆形和正六边形空腔CMUTs单元及相应的阵列结构,利用有限元仿真和理论公式分析了CMUTs结构的塌陷电压、谐振频率以及其薄膜在热应力、大气压力条件下的变形。分析结果表明CMUTs塌陷电压及谐振频率在预期范围内,其薄膜在热应力、大气压力作用下不会发生塌陷。对所制备的CMUTs芯片的形貌、结构尺寸、电容以及阻抗频率特性开展试验研究。结果表明芯片形貌、结构参数、电容以及阻抗频率特性与设计预期一致,芯片能正常工作;测试结果验证了CMUTs结构设计与制备工艺的可行性。这些研究对进一步实现CMUTs与ICs的集成设计与制备提供了基础。     

层合薄膜电容式微加工超声换能器(CMUTs)谐振频率分析

电容式微加工超声换能器（Capacitive micromachined ultrasonic transducers,CMUTs）在3D超声成像、水下超声等领域具有重要应用价值。谐振频率决定着超声成像的分辨率,是CMUTs结构设计的重要参数之一。针对具有多层圆形薄膜的CMUTs结构,提出其薄膜结构和材料参数以及有效电极距离的等效方法,建立在直流偏置电压和交流电压共同作用下多层圆形薄膜的振动方程,并分别采用伽辽金法和能量等效法进行求解,获得多层薄膜CMUTs在偏置电压作用下的两类谐振频率解析式。基于有限元模型,利用数值解来验证谐振频率解析式的正确性,并开展参数化研究。结果显示,基于能量等效法的谐振频率解析式比基于伽辽金法的谐振频率解析式具有更高分析精度,适用于薄膜直径/厚度比在20~100范围内、空腔高度/薄膜厚度比不大于1的多层薄膜CMUTs的谐振频率分析;在从0 V到接近于塌陷电压的几乎整个偏置电压变化内,解析解与有限元仿真结果的相对误差小于5%。此外,利用所加工的具有三层薄膜的CMUTs芯片对谐振频率解析式进行试验验证,结果显示在不同偏置电压下谐振频率的试验测试值与理论分析值基本一致。因此,所提谐振频率的理论分析方法可广泛应用于多层薄膜CMUTs结构的设计与优化。