应用于引信固态安全系统的硅微加速度传感器研究

微机电系统将对引信的发展提供其它技术不可比拟的技术支撑。该文论述了基于ＭＥＭＳ引信固态安全系统的概念及作用原理;针对可应用引于信安全系统的硅微压阻式加速度传感器,用有限元法计算了不同厚度悬壁梁结构在１００００ｇ加速度作用下的应力分布、固有频率,设计了力敏电阻电桥结构,并计算了传感器的灵敏度。最后介绍了压阻式悬壁梁结构的加传感器制作工艺。     

特种压阻式加速度传感器的研制

通过动力学分析和有限元模拟,设计出了具有高过载保护功能的加速度传感器结构.采用微型机械电子系统技术和集成电路工艺制作出了高精度、高灵敏度的硅微固态压阻平膜芯片,通过玻璃粉烧结工艺将其键合在弹性梁的应力集中处,利用激光焊接工艺,制造了量程为±20 km/s2、过载能力为30倍满量程的特种压阻式加速度传感器.实验表明,在对传感器施加集中载荷和动态冲击的条件下,传感器可达到静态精度为0.86%满量程、动态响应频率为3.43 kHz的技术指标,从而满足了非常规武器在触发控制等特殊领域的应用要求.     

提高方形硅膜压力传感器灵敏度的几个重要措施

结合扩散硅压阻式压力传感器的研制．根据硅的压阻效应原理，利用方形硅膜的应力分 布公式，论述了提高正方形硅膜压阻式压力传感器灵敏度的几个重要措施．     

表面应力敏感型压阻微悬臂梁传感器的模拟

为获得用于表面应力测量的压阻悬臂梁传感器的参数的优化方法,建立了有限元分析模型。通过将模拟结果与压阻理论结合,分析了表面应力作用下的压阻式微型悬臂梁传感器。建立了两层硅悬臂梁结构模型,在顶层硅内施加初始应力模拟表面应力。对仿真结果应力数据进行提取与计算,结合压阻系数,分析了n型硅压阻与p型硅压阻长度、宽度和位置等对微型悬臂梁传感器灵敏度的影响。结果表明:为获得较高灵敏度,n型硅压阻应做长,p型硅压阻应做短并安排在固定端。该文研究结果为悬臂梁生化传感器提供了设计参考。     

介观压阻效应在微型传感器中的应用研究

对运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理——介观压阻效应,用GaAs/AlAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.通过分析、模拟、计算和试验测试得到了它的参数,并对介观压阻灵敏度和压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理可以提高压力传感器的灵敏度的可行性,为制造出基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

AgNWs/MXene增强的柔性多孔压阻传感器的制备与性能研究

随着物联网、人工智能等技术的兴起,柔性压阻传感器在人工触觉、健康监测、仿生电子皮肤等领域具有广阔的应用前景.目前柔性压阻传感器的灵敏度和稳定性与实际应用还存在一定的差距.本文中以AgNWs和MXene为导电材料,以具有良好生物兼容性的明胶为聚合物基体,采用冷冻干燥法制备一种多孔蜂窝状的AgNWs-MXene/明胶压阻传感器.测试结果表明所制备的柔性压阻传感器在0～14 kPa压强范围内具有3个线性响应区,在4～9 kPa压强范围内灵敏度最高,为116 kPa^-1.该传感器的响应时间最快可达1.79 s,且对人体脉搏跳动及肢体的运动状态具有良好的压阻敏感特性,表明实验所制备的柔性压阻传感器在柔性可穿戴电子器件领域具有良好的应用前景.     

一种新型火炮膛压测量传感器研究

提出一种新型压阻式超高压传感器。用金属膜片、硅油和低量程压阻敏感元件构成传感器，从而实现了利用便宜而常见的较低量程的硅压阻敏感元件构成大量程的高压传感器。给出该传感器工作原理的理论分析和主要结构参数的估算方法。按该文的原理，用２０ＭＰａ的压阻敏感元件制成了５００ＭＰａ的高压传感器的原型，其固有频率高达２４６ｋＨＺ，超过了目前同量程的其他传感器，且介绍了原型样机的标定结果，证明其原理的可行性。最后提出对这种传感器进一步开发的建议。     

低g值硅压阻式加速度传感器的设计与分析

本文介绍一种低ｇ值双悬臂梁式硅压阻式加速度传感器新结构,通过理论分析与计算,说明该结构的硅压阻式加速度传感器具有良好的输出性能。     

柔性触觉传感器用导电橡胶压阻特性及其拟合

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备柔性触觉传感器用导电复合材料.分析了测量压阻特性的电极置于导电橡胶体内或覆盖于导电橡胶表层对压阻实验数据的影响.实验结果表明,压阻特性非线性特性明显,采用二次多项式拟合压阻实验数据可获得高拟合优度,且电极内嵌于导电橡胶测得的压阻数据拟合的相关系数均高于电极外贴在导电橡胶上测得的压阻数据拟合的相关系数.灵敏度与材料的初始电阻正相关,电极外贴于导电橡胶表面的传感器结构可获得较高的力灵敏度.     

硅-兰宝石集成压力传感器原理及制作工艺

硅-兰宝石集成压力传感器是一种无隔离结的固态压阻式传感器,它具有耐高温,耐腐蚀,抗辐射等许多硅集成压力传感器所无法比拟的优点。本论文在简要分析了硅-兰宝石压力传感器原理的基础上,就宝石杯的加工,P型硅膜的外延,及敏感桥路制作的重要关键工艺进行了较详尽的探讨、分析,并分别给出了相应的解决方法。此外,还就传感器的结构设计进行了扼要的探讨,并予以解决。本论文为硅-兰宝石压力传感器的研制、开发、应用提供较全面的基础。     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

压电陶瓷在车身板件振动主动控制中的应用研究

针对汽车车身低频振动不易控制的问题,将压电陶瓷作为传感/致动元件,主动控制车身板件的振动变形,以抑制或消除车身板件的低频振动。根据致动器控制力分析和车顶棚模态分析的结果,提出了压电传感器和致动器同位对称布置的方案。采用模糊控制算法,设计了振动主动控制器,并搭建了车顶棚振动主动控制实验台。独立模态振动控制试验结果表明,采用压电陶瓷智能结构对车顶棚振动进行主动控制后,压电传感器检测到的电压降低了14%～23%,即有效控制了车顶棚的低频振动。     

基于压电自感知执行器悬臂梁振动控制

用一片压电陶瓷同时做传感器的执行器,基于应变速度电桥电路将应变速度信号从执行器控制电压中分离出来,制成了压电式自感式自感知执行器;针对电桥不平衡情况,设计了由比例调节和相位滞后校正组成的简单控制器。悬臂梁振动控制实验证明;自感知执行器不仅能检测振动信息,而且能有效抑制悬臂梁的振动。     

瞬态激励下冻融循环对桩-土耦合刚度影响试验

考虑桩-土的相互作用,在冻融循环作用下,土体的力学性质必然发生变化,构件的动力响应特性也会随之发生变化。为研究瞬态激励下冻融循环作用对桩-土耦合刚度的影响,设计和制作混凝土试验桩模拟基桩,通过压电陶瓷的正压电效应,利用压电智能骨料作为传感器测定冻融循环过程中瞬态激励下结构的波动响应,并对比分析两种不同土体含水率下压电信号的特性和能量大小,提供一种基于压电智能骨料的结构动力响应实时监测方法。试验结果表明,在冷冻过程中,瞬态激励下各测点时域波形幅值减小,而融化过程中,各点的时域波形幅值增大,且土体含水率越高,时域波形幅值变化越大;多次冻融循环后,瞬态激励下的桩-土耦合刚度变小。在不同含水率时,离瞬态激励点最近的两块压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)的能量指数平均差别分别为30%、25%,在含水率为6%时,平均每一次冻融循环会使桩-土耦合刚度减小约6%,而在含水率为12%时,平均每一次冻融循环会使桩-土耦合刚度减小约10%。12%的含水率相比6%的含水率,其对桩-土耦合刚度的影响大约高68%。     

基于互相关算法的单丝取向度测量方法

为保证单丝生产的品质,针对单丝取向度进行测量,提出基于互相关算法的单丝取向度测量方法。该方法采用声速法测量单丝取向度,选用STM32 作为微处理器,并设计了激励脉冲放大电路与接收信号处理电路。微处理器产生的单脉冲经激励脉冲放大电路后传递至发送端压电陶瓷传感器使其产生振动,接收信号处理电路对接收端的信号波形进行滤波、放大等操作后送至微处理器进行AD( Analog-to-Digital) 采集与存储。 根据相关性原理,计算传感器在不同位置的接收时间差,已知传感器移动距离,即可计算声音信号在单丝中的 声速,进而可通过公式计算得到取向度,经实验验证结果表明,测量精密度优于1%。     

集成三维力传感器的微夹持器设计与试验 

设计了一种集成三维力传感器微夹持器,通过压电陶瓷堆驱动和柔性铰链放大来实现夹持动作.微夹持器的弹性体为2个L型结构,对L型结构进行了优化设计和受力仿真分析,在2个L型结构的相应敏感部位分别粘贴3组应变片对空间三维力进行测量.通过试验验证了微夹持器的合理性和实用性.
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梁式自适应结构主动控制模型及实验研究

为提高结构对外部环境的抗干扰能力 ,构造了梁式自适应结构 ,并对其主动控制进行了研究。由传感器、作动器与梁主体结构组成梁式自适应结构。基于压电材料的本构关系 ,建立了传感方程和作动方程。根据有限元方法和现代控制理论 ,建立了梁式自适应结构的动力学方程和系统的状态方程。采用最优控制理论 (L QR) ,进行了控制器设计。建立了梁式自适应结构主动控制实验系统 ,并对这类自适应结构的动力学行为及主动控制进行了实验。实验研究结果表明梁式自适应结构能够改善结构的动力学特性 ,对外界干扰具有良好的自适应性     

基于单片机控制的压电陶瓷变压器驱动电源

以单片机及其控制电路为基础,设计了压电陶瓷变压器驱动电源,该电源为压电陶瓷变压器提供特定的振荡信号,根据压电陶瓷变压器的输出信号,适时调整输入频率,使其与压电陶瓷谐振频率一致,最大限度地保持了压电陶瓷的升压比,保证了压电陶瓷变压器的最大输出。实验数据表明,利用该驱动电源控制的压电陶瓷变压器,具有响应速度快,稳定性好,结构简单,调试方便,造价低廉,实用性强等特点,适用于压电陶瓷驱动器。     

压电陶瓷材料的发展及其新应用

综述了近年来国内外压电陶瓷材料的最新研究进展，对于在生产实践中所采取的一系列压电陶瓷改性措施，包括沉淀法、溶盐法、溶胶-凝胶法及水热法等的优缺点作了比较，强调了低温烧结的优越性，特别指出它们在含铅的锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷与不舍铅的铋层压电陶瓷和不合铅的钙钛矿型压电陶瓷制备中的重要作用；最后，简要介绍了压电陶瓷一些重要的新应用。