微动力机电系统的发展动态与展望

在阐述微动力机电系统研究意义的基础上，对其在国内外的发展动态及趋势进行了回顾，重点介绍了双区燃烧微涡轮机、微型往复式电力发生器、微转子发动机以及作者研究的微热光电动力系统．这种新型的微热光电系统具有无运动部件、热量利用效率高、制造成本低等优点．最后论述了微机电动力系统研究中面临的主要挑战，并重点总结了需要解决的一些基础问题．     

微型夹钳的最新研究

微型夹钳技术是微机电系统研究的重要内容，应用于微装配等领域，在微机电系统的研究及微型产品的研制开发中发挥着重要的作用。本文选取微型夹钳技术最新研究中有代表性的成果进行了回顾，对微型夹钳的结构材料、制作工艺和工作原理等进行了分析，介绍了微型夹钳的最新研究进展，慨括了研究特点及发展趋势。     

基于微机电系统CAD研究分析

微机电系统（MEMS）的计算机辅助设计（CAD）是MEMS实现商品化的重要基础,CAD技术在MEMS研究过程中具有非常重要的作用．本文概述了微机电系统CAD的研究进展,并介绍了国外在该领域的研究工作．重点研究了微机电系统中的耦合场分析和宏模型与系统级模拟等关键技术问题,针对其与传统机电系统的不同,总结了微机电系统CAD的特点,并据此提出了微机电系统的设计原则．以便能提高微型机电系统的设计质量,缩短研制周期,使之及早走向工业化．     

超微型电动机实用化的关键技术及应用前景

电磁型超微型电动机是微机电系统中的关键部件。论述了直径１～３ｍｍ电磁型超微型电动机设计中的若干关键问题，如微型电动机的结构设计、磁路设计，以及微型电动机中的发热、温升和微摩擦问题等。简要地讨论了电磁型微型电动机的应用前景，例举了它在医学内窥镜、微泵、微激光扫描器中的应用。     

微动力驱动器研究综述

对微动力驱动器的组成材料、磁电效应、智能构件和微力产生与控制的国内外研究现状和应用背景进行综述,并重点就微动力驱动器的微力产生方式进行了评述。进而结合微机电系统的研究现状对微动力驱动器的应用前景进行展望,以期为微机电系统的精密加工装备研究提供参考。     

微机电系统与微机械学

该文分析了微型机电系统中产生的一系列特殊效应,介绍了微机电系统中新的设计理论和设计方法,以期建立微机械学理论体系。     

微机电系统(MEMS)技术的研究与应用

微机电系统是源于微电子加工技术，融合了微机械制造、传感、致动及微控制于一体的系统。其特征尺寸极小，学科交叉广泛；技术研究包括微系统理论、设计建模、微机械加工、微器件集成等多个方面；学科分类涵盖了机械、力学、光学、流体、电磁学、生物学等各领域，在民品和军品领域有许多热点应用。本文介绍了微机电系统发展概况、微机电系统技术关键、微机电系统有关传感器，以及微机电系统热点应用和微机电系统技术的发展前景。     

微机电系统二维线圈能量接收性能的研究

介绍了空间两线圈互感及铁磁芯线圈自感的计算，以此为基础对微机电系统能量接收线圈二维正交绕组的接收性能进行了研究。分析了改变次级线圈位置和夹角，以及有铁磁芯和无铁磁芯情况对系统耦合系数的影响。通过仿真和实验验证了理论分析的结论：二维次级线圈在不同的姿态下均可以得到较好的互补效果，防止传输效率过低。结果还表明：铁磁芯可显著增强系统的耦合性能。然后，根据系统微型化的要求选用合适的电子元器件，对后续整流电路进行了设计，研制了微型整流电路。利用自行设计微机电系统进行的实验表明：本文设计的二维无线能量传输系统的效率及稳定性可以满足实际需求。     

微机电系统的科学研究与技术开发

着重论述了当前国际上微机电系统的相关基础理论研究、微机电系统制造工艺技术的发展、微机电系统发展动态与趋势，最后强调了探索适合我国国情的微机电系统发展途径的重要性。     

微机电系统技术及其应用

微机电系统是一个新型的多学科交叉的研究领域 ,具有广阔的应用前景。在概述微机电系统发展状况的基础上 ,归结分析了微机电系统在组成结构及特征、材料特性及加工工艺、力学行为等方面异于宏观机械的一些新特征 ,并对微机电系统的主要应用领域进行了讨论。     

Applications of MEMS devices in nanosatellite

micro-electro-mechanical system(MEMS) device has the advantages of both electronic system and mechanical system.With the development of MEMS devices for satellite,it is possible to establish much lighter and smaller nanosatellites with higher performance and longer lifecycle.The power consumption of MEMS devices is usually much lower than that of traditional devices,which will greatly reduce the consumption of power.For its small size and simple architecture,MEMS devices can be easily integrated together and achieve redundancy.Launched on April 18,2004,NS-1 is a nanosatellite for science exploration and MEMS devices test.A mass of science data and images were acquired during its running.NS-1 weights less than 25 kg.It consists of several MEMS devices,including one miniature inertial measurement unit(MIMU),three micro complementary metal oxide semiconductor(CMOS)cameras,one sun sensor,three momentum wheels,and one micro magnetic sensor.By applying micro components based on MEMS technology,NS-1 has made success in the experiments of integrative design,manufacture,and MEMS devices integration.In this paper,some MEMS devices for nanosatellite and picosatellite are introduced,which have been tested on NS-1 nanosatellite or on the ground.     

基于MEMS集成加热器的温控系统研究

采用MEMS集成加热器设计一个温控系统。所用的加热器效率达到7.35 mm²K/mW, 且功耗低。加热器面积为6 mm×6 mm, 具有较高的系统集成度。该温控系统采用Fuzzy-PID温度控制算法, 温度稳态误差小于0.1°C, 并且约10秒即达到稳态, 响应速度快。使用该系统对MEMS压力计进行环境温控, 可明显抑制器件的温度漂移。     

基于相关拟合校准技术的MEMS平面微运动纳米精度测量

微电子机械系统（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为MEMS器件的设计提供重要参考．提出一种基于相位相关技术的亚像素运动估计算法,可对相关拟合方法进行误差校准补偿,从而提高对物体运动的分辨力,实现纳米精度测量．利用该算法对MEMS器件的运动历程做分析,得到特定驱动频率下MEMS器件的幅度一相位曲线．利用扫频测量原理,获得了MEMS器件的幅频特性．实验结果表明,该方法具有较好的测量精度,测量分辨力优于5nm．     

微机电系统二维线圈的能量接收性能

基于空间两线圈互感及铁磁芯线圈自感的计算方法,对微机电系统能量接收线圈二维正交绕组的接收性能进行了研究,分析了改变接收线圈位置和夹角以及有铁磁芯和无铁磁芯情况对系统耦合系数的影响.通过仿真和实验对理论分析进行验证,发现:二维正交绕组在不同的姿态下均可以得到较好的互补效果,能够防止传输效率过低;铁磁芯可显著增强系统的耦合性能.根据系统微型化的要求,选用合适的电子元器件,对后续整流电路进行了设计,研制了微型整流电路.利用自行设计的微机电系统进行的实验表明,文中设计的二维无线能量传输系统的效率及稳定性可以满足实际需求.     

MEMS惯性器件误差系数的Allan方差分析方法

全球卫星导航系统和惯性导航系统（GNSS/INS）组成的组合导航系统已经在很多应用场景下发挥了巨大的作用,随着组合导航系统的发展,低成本INS也得到了广泛的应用,微机电系统（MEMS）惯性器件在组合导航系统的应用当中也日益受到重视,MEMS惯性器件体积小,功耗低,便于低成本系统的实现.但是MEMS惯性器件的误差较大,为了对其误差项进行分析和识别,可以使用Allan方差方法对惯性器件长时间测量数据进行处理.本文分析了MEMS惯性器件具有的典型误差项,介绍了Allan方差分析方法的原理和实现方法,利用该方法可以对MEMS惯性器件的各个误差项进行辨识.通过对一种商用级MEMS陀螺仪和加速度长时间实测得到的数据进行处理和分析,验证了Allan方差分析方法应用于误差项辨识的可行性,并给出了该MEMS惯性器件的各个误差项识别结果.使用Allan方差方法得到的误差项系数可以直接应用于惯性器件误差建模,对于GNSS/INS组合导航系统的实现和改进有重要意义.     

准气体动力循环Power MEMS气体静压轴承

为追求微细尺度条件下超高能量密度的目标,提出了Power MEMS准气体动力循环发动机的概念.鉴于Power MEMS准气体动力循环发动机能够自行提供高压气源的结构特征以及气体静压轴承在性能上的优点,提出了将气体静压轴承应用于该Power MEMS发动机的研究和Power MEMS准气体动力循环发动机中气体静压径向轴承和止推轴承的结构形式的选择,指出了微细尺度下气体静压轴承的设计要点;运用气体静压润滑的基本原理对气体轴承的结构及运行参数进行了分析,获取了径向轴承和止推轴承的参数设计;通过气体轴承静态性能的计算,从承载能力方面验证了将所设计的气体轴承应用于Power MEMS准气体动力循环发动机中的可行性.     

基于贝叶斯网络的MEMS安全系统可靠性分析

随着MEMS技术的不断发展,对于引信中MEMS安全系统的可靠性提出了更高要求.为了解决目前MEMS安全可靠性分析中存在着各机构可靠度数据不全面,主要依赖于大量实验或专家经验的现状,对MEMS安全系统的失效状况进行分析,构建了MEMS安全系统的故障树,并计算了各重点机构的可靠度功能函数.以此为基础,提出了一种将故障树与贝叶斯网络进行转化的可靠性分析方法.同时针对各失效机理进行了概率重要度和结构重要度计算,从可靠性重要度角度提出了MEMS安全系统设计中的重点优化机构,并进行了计算实例分析.借助于MEMS加工工艺,实现了MEMS安全系统的加工,通过可靠性测试实验,证明了本方法计算的快速准确性.      

基于小波去噪的MEMS陀螺仪随机误差校准算法

微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)陀螺仪具有体积小、成本低、功耗低等特点,在微姿态测量系统中应用极其广泛。由于在制作工艺、材料等方面会引入额外的随机噪声,且瞬态电压的不稳定也会造成MEMS陀螺仪在上电阶段产生随机波动误差,严重影响微姿态测量系统的启动时间和测量精度。因此,基于多分辨分析特性的小波变换分析技术,提出了一种改进的小波去噪算法,通过对MEMS陀螺仪的数据进行3层小波分解,剔除高频分量和电压不稳定产生的突变信号,并对低频分量进行重构,最终得到校准以后的陀螺仪数据,实现陀螺仪随机误差的快速校准。实验验证结果表明,通过3层小波分解后,随机误差均值小于0.05 °/s,系统启动时间小于0.1 s,具有较好的噪声抑制和迅速启动能力。     

自适应滤波器在微型姿态确定系统中的应用

基于MEMS的IMU由于低成本、体积小和低耗能得到了很广泛的应用.但是,惯性MEMS传感器有很大的噪声、偏差以及刻度误差,由于传统低成本的MEMS传感器使用的捷联算法很难取得令人满意符合性能要求的姿态确定值.利用改进的自适应增益卡尔曼滤波器在随机模式下建立一个小型姿态确定系统.这个改进的滤波器在一个时间变量转移矩阵中有六个状态量,它们分别是:三个姿态倾斜角和三个陀螺偏移误差.滤波器用三个加速度计的测量量和磁罗盘来驱动状态的更新.当系统处于非加速度状态下,加速度计对重力加速度的测量以及磁罗盘对航向的测量很显然可以产生很好的状态估计量;当系统处于高速动态状态并且偏移可以收敛到一个精确估计值时,对姿态的估算就需要很长一段时间.自适应滤波器可以在动态状况下用加速度计自动调整增益产生最佳性能.提供了这种技术的算法,并且对此进行分析,之后给出实验结果.