基于行列寻址的压电超声换能器柔性曲面阵的研制

锆钛酸铅(PZT)压电超声换能器材料由于其优异的压电性能而在微电子机械系统(MEMS)领域受到了广泛的关注。订制了边长4 cm的PZT压电陶瓷片,将压电陶瓷片与柔性印刷电路板(PCB)键合,将压电陶瓷片划成2.45 mm×2.45 mm的阵元,在沟槽内填充环氧树脂胶。将键合后的压电陶瓷片粘在曲面模具上,溅射金属形成上电极,制成14×14阵元的曲面阵,其曲率半径为10 cm。此曲面阵采用行列寻址(RCA)的方式可以在水中测到发射和接收信号,并且可以对体模进行脉冲回波成像,在超声成像领域有广阔的发展前景。制备的曲面阵可为研制直径20 cm的柱面阵提供参考。     

改性废弃菌菇棒粉在 POE/PE 复合体系中的应用及研究

用红外光谱仪对废弃菌菇棒粉改性效果进行表征,证明硅烷偶联剂成功接枝到菌菇粉表面后会提高改性废弃菌菇棒粉在废弃菌菇棒粉/乙烯-辛烯共聚物(POE)/聚乙烯(PE)体系中的分散性。通过对复合体系的力学性能、氧指数、热重分析、导热系数的测试,发现改性废弃菌菇棒粉∶POE∶PE份数比为3∶2∶10时,复合体系复合材料断裂伸长率由27.62%提升到56.47%,拉伸强度降低4MPa,导热系数提升1.5倍。     

基于相控阵与合成孔径聚焦方法的CMUT阵列虚拟声源成像技术

对电容式微机械超声换能器(CMUT)阵列成像中的相控阵(PA)和合成孔径聚焦技术(SAFT)的综合方法进行研究,使用CMUT子阵列形成虚拟声源,并利用虚拟声源的辐射能量进行超声成像。通过对比不同孔径的超声波声束发散程度,得到CMUT阵列最佳子孔径阵元数量为9,CMUT阵列实验通过将子孔径阵元数量从1到15依次增加,观察水中两个不同深度的钉子成像清晰度来验证最佳子孔径阵元数量。与传统全矩阵捕捉(FMC)成像技术相比,多阵元SAFT合成的虚拟声源辐射能力更强,所以有更好的探测深度,同时由于利用子阵列进行超声数据采集,因此减少了CMUT超声成像系统的硬件采集通道数。     

基于52单片机电子密码锁的设计

设计了安全系数较高的简易电子密码锁,对系统主控制、键盘、红外接收、液晶显示、存储芯片、报警、密码锁等 主要硬件电路设计作了详细描述;对系统作了软件设计。通过测试电子密码锁能实现正确开锁、错误报警以及密码重置等功 能。系统简单、成本低、稳定性好,可用于办公、商业以及住宅等领域。     

双球体颗粒沉降过程实验研究

颗粒沉降是泥沙运动力学的基本课题之一,同时也是环境泥沙学的基础。对球体双颗粒并排释放时的沉降过程在雷诺数过渡区进行实验研究,发明颗粒电磁释放装置,研究颗粒初始间距对沉降过程的影响。结果表明:电磁释放装置可以实现颗粒同步释放,消除释放装置对液体的扰动,保证颗粒沉降实验初始条件严格可控;并排释放的双颗粒沉降过程中产生排斥作用,颗粒沉降过程经历3个阶段;颗粒初始间距对沉降过程影响显著,初始间距越小,排斥作用越强烈,在初始间距超过5倍粒径后,颗粒间几乎不存在相互作用。     

基于MEMS的电容式微机械超声换能器曲面阵列的设计与制备

基于先进的微电子机械系统(MEMS)关键技术,研制了一种使用倒装焊技术将电容式微机械超声换能器(CMUT)与柔性印刷电路板(PCB)键合在一起的16×16阵元曲面阵列。为了研发高密度和高一致性的CMUT柱面阵列,设计了CMUT曲面阵列的工艺流程,并进行了制作,制备的CMUT中心频率为3 MHz。然后,对CMUT阵元进行了测试,测试结果表明,电容变化量基本为40～50 pF,且CMUT阵元的收发性能良好。将制作好的CMUT与柔性PCB进行键合,并对其进行划片,再采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)填充沟槽,最后粘在曲面模具上溅射金属上电极,制得CMUT曲面阵列。该阵列可在特定方向上弯曲,且曲面阵列的CMUT阵元一致性良好。下一步研究将使曲面阵能够以行列寻址的方式进行发射接收,减少阵元电极的接线数目。     

海洋表面无线电传播的多跳模型

随着军备竞争与通信技术发展,海洋表面无线电传播技术得到越来越多关注。文章根据针对不同海面表面信号传播折损问题,分别利用菲涅尔原理和Miller-Brown模型建立平静海面与湍流海面表面折损模型,并通过窄角抛物方程进行模型修正海浪阴影效益;并通过两海面模型对比,得出入射角度与平静海面与湍流海面的海面信号折损的差值呈正相关;最后引入信噪比模型概念,得出100瓦高频段恒定载波信号在平静海面多跳模型中最大条数为十次,具有一定的工程实际意义。     

基于深度学习的海冰融池识别

融池对海冰融化速率估算具有重要作用。基于Sentinel-2影像,选择可见光(波段2、波段3、波段4)和近红外(波段8)作为特征波段,采用两种特征组合方式(波段2/3/4反射率、波段2/3/4反射率与波段2/3/4/8反射率差值归一化值),分别训练多层神经网络(multi-layer neural network, MNN),进行海冰、开阔水域、亮融池、暗融池识别。结果表明,基于可见光与归一化值MNN识别效果更佳,总体识别精度达到88.0%,其中亮融池生产者精度和用户精度分别为77.6%和77.1%,暗融池的生产者精度和用户精度分别为55.2%和96.1%。波段反射率差值归一化处理可增大地物间区分度,提高融池识别精度。与其他算法相比,应用MNN可实现融池准确识别,为海冰融化速率估算提供有效参考。     

用于环形阵列的基于晶圆键合制备的CMUT阵列

与传统的表面微加工相比,基于晶圆键合制备的电容式微机械超声换能器(CMUT)具有更高的良品率和可靠性。提出了一种基于晶圆键合的CMUT制备方法,设计并制备了可应用于环形阵列的CMUT阵列。利用有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics建立了CMUT微元模型并进行仿真分析,在此基础上制备CMUT。换能器性能测试结果表明,CMUT中心频率为5.2 MHz,封装后中心频率为3 MHz,-6 dB相对灵敏度分数带宽为150%。此外,通过声学测试对换能器的发射和接收性能进行评估,其发射声压响应为161.37 dB@3 MHz,接收灵敏度为-214.68 dB@3 MHz。最后,利用该CMUT进行目标体检测,验证了该CMUT水下工作的能力,为后续超声层析成像的CMUT高密度环形阵列研究奠定基础。