电液动力微泵的制作及实验研究

提出一种基于MEMS加工技术的新型电液动力微泵,介绍了电液动力微泵的工作机理和分类;从材料的选取,微电极的优化设计及电液动力微泵的封装工艺几方面介绍了电液动力微泵的制作过程;进行了针对不同工作流体和微通道尺寸的电液动力微泵的静压力实验和流动试验.实验结果表明:当施加90V驱动电压时,微泵最高能得到268Pa的静压头,微泵驱动流体的最大流速可以达到106μL/min;本文分析了微泵与热管相结合解决大功率电子芯片的散热问题前景,微泵所驱动的液体在热管的蒸发段完全气化,可实现的最大散热能力可达到87W/cm2.     

热汽泡驱动无阀微泵操作特性的数值模拟

本文使用CFD软件FLUENT,研究了一种新型电加热方法产生热力汽泡驱动的无阀微泵．得出了不同加热壁面过热度下泵流量和泵压与驱动频率的关系．无阀微泵200μm深,驱动腔为直径1mm的圆腔,一对最窄为30μm最宽为271μm、张角7°的微扩管被分别连接到驱动腔,工质为甲醇,采用层流模型．研究表明不同加热壁面过热度有不同的最大流量驱动频率,在过热度为△T=15℃时,最大体积流量为9．02μL／min,最大的泵压为680Pa．随着壁面过热度增加,包含汽泡生长和冷凝周期的时间会变长,导致泵送的流量受到显著影响;不同的壁面过热度有不同的最佳驱动频率,过热度增加,最大的泵送流量和压力会增加而且有相似的变化趋势,最佳驱动频率会降低;供液期较泵送期长．     

基于微喷射流的高功率LED散热方案的数值和实验研究

提出了一种基于封闭微喷射流的高功率LED主动散热方案, 系统采用一个微泵来驱动, 依靠封闭微喷系统实现大功率发光二极管(LED)芯片组的高效散热. 对没有采取数值优化情形下设计的上述散热系统开展了实验研究, 对比实验表明: 在不采用上述系统和完全依靠自然对流散热情形下, 对2×2 LED芯片组输入16.4 W的电功率, 运行10 min后, 芯片表面平均温度为112.2℃, 但采用上述冷却方案后芯片表面测量温度仅仅为44.2℃. 实验中改变微泵的流量, 结果表明: 微泵的流量增加将提高散热效率, 但将相应增大消耗功率. 对微喷散热实验系统同时开展了数值研究, 计算结果发现: 对2×2芯片组输入4 W电功率的情形, 稳态数值计算下芯片表面平均温度为34℃, 与实验测得的接近稳态下的温度32.8℃相当, 这表明该模型可以用于数值优化. 数值计算结果还表明: 实验用微喷射流器件需要开展参数优化.     

微纳机电系统(MEMS/NEMS)前沿

微纳机电系统(MEMS/NEMS)将处理热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微电子工艺及其他一些微加工工艺制作到芯片上,并通过与电路以及相互之间的集成来构筑复杂的微型系统.由于微纳机电系统具有高度的交叉性与渗透性,而使其研究和发展呈现出多样性.本文立足于微纳机电系统与集成电路的交叉,侧重讨论微纳机电系统与CMOS集成电路的集成、微纳机电系统技术与纳米技术的融合,以及与现代生物技术的交叉,就一些典型的器件与工艺,介绍一些前沿发展和趋势.     

基于 FPGA的高速雷达信号实时处理

介绍了一种实现高速雷达信号实时处理的 IP核的实现方法.将采样率为4G/S的雷达采样信号分为16路采样频率为250M/S的信号并行输入给 FPGA芯片.然后,在芯片内对这16路信号进行并行处理,完成采样信号与特征库信号的相关计算.首先介绍了快速相关计算的方法和重叠相加法的原理,给出了用 FPGA实现快速实时相关计算框图.通过平台测试和仿真计算,结果表明,设计满足资源、时序以及精度等各方面要求     

基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵平台关键技术

在分析介电泳的微纳米生物粒子操纵研究现状和存在问题基础上,研究了基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵的理论基础和建模仿真,给出了光诱导介电泳芯片在空间电场分布和不同高度介电泳力分布关系．在此基础上进行微操纵系统的核心部件——光电导层芯片的选材、制作工艺和性能分析测试,给出了悬浮液层分压和有效电压频谱关系图．最后,组合机器视觉检测与实时跟踪子系统,构建了基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵实验平台,完成了对微纳米生物粒子快速聚集、输运、分离等操纵实验,为建立以微流控芯片为基础的重大疾病的快速、准确、低成本的检测和早期诊断提供了基础．     

高速脉冲超宽带系统和芯片设计

脉冲超宽带无线通信系统功耗低、复杂度低,但传输速率一般不高.本文提出高速脉冲超宽带无线通信系统方案,方案采用高速采样、低阶量化和数字处理技术,在保持较低的系统功耗和复杂度的条件下,实现了超过100 Mbps的脉冲超宽带无线信息传输.论文给出了系统方案、核心算法、芯片设计中的关键技术以及仿真结果.作为核心算法,提出的联合同步和信道估计算法具有低的复杂度,并易于实时实现.论文介绍了芯片设计中的数字基带芯片结构、接收机的状态转移和联合同步和信道估计算法的实现等关键技术.基于提出的方案,研制了数字基带芯片,其内核功耗小于100mW.采用研制的芯片,开发了试验系统,能够进行实时无线高清视频传输.对试验系统进行了实际测试,实测结果验证了该高速脉冲超宽带方案的有效性.     

驻极体式微型发电机的研究进展

随着电子系统的尺寸不断减小,研制体积小、重量轻、能量密度高并且能够持续供能的微型发电机将对电子系统具有重要意义．振动能在日常环境中广泛存在,振动能微型发电机是将振动能转化成能给电子系统供能的装置．驻极体式微型发电机是振动能采集微型发电机的一种,是目前微能源研究的热点之一．本文主要从驻极体材料及注极方法、振动能拾取方式和转换效率的提高3个方面介绍了驻极体式微型发电机的最新进展．     

用于TEM原位拉伸实验的集成单晶硅纳米梁MEMS测试芯片研究

透射电镜内的原位拉伸测试是研究纳米尺度的单晶硅材料的力学性质的一种很有发展前景的研究方法．开展了集成单晶硅纳米梁的微电子机械系统测试芯片的设计、制作,并完成了原位拉伸的测试实验．集成的微电子机械系统芯片由基于静电梳齿结构的驱动器、测力悬梁、单晶硅纳米梁及电子束透射窗等结构构成．利用SOI硅片和普通硅片采用体硅微加工工艺及硅键合工艺加工完成了芯片制造．通过透射电镜样品杆上的电极与微电子机械系统芯片导通,实现了对静电梳齿结构的驱动,完成了与其相连的单晶硅纳米梁的拉伸观测．对此微电子机械系统芯片的测试实验结果表明,随着驱动电压的增加,单晶硅纳米梁逐渐被拉动,原位拉伸实验得到了该纳米梁的应力．应变关系,对实验结果拟合后得到杨氏模量值为161GPa,在误差范围内与体硅一致．     

基于模块双向迭代的电力系统仿真新算法研究

提出了一种基于模块双向迭代的电力系统暂态稳定仿真新算法. 首先将电力网络划分成以树形结构相联的多个子网, 将划分后的电力网络和发电机、励磁系统等元件分别单独处理为计算模块; 由各计算模块联接构成电力系统计算树; 而后通过沿计算树进行的前向简化和后向回代计算来实现电力系统方程的Newton法求解. 该算法有效提高了电力系统方程联立求解的效率, 为大规模电力系统并行仿真的实现提供了新方法. 在新英格兰测试系统和我国华北东北联网系统上对该算法进行了仿真测试, 与商业软件BPA结果进行了比较.     

基于磁力场与速度场协同的高效微通道磁泳分离

磁泳是实现生化分离的重要手段之一.根据微通道内磁珠运动基本方程导出了影响磁泳分离效率的新因素,即磁场力矢量与流体速度矢量的夹角,提出改善磁力场与流场的协同性是提高磁泳分离效率的重要途径之一,并基于此设计了T型结构微通道磁泳分离芯片.通过建立磁珠运动的二维动力学模型,并运用有限元和龙格库塔法,对微通道内的磁泳分离效率进行了数值模拟研究.结果发现：相同条件下T型微通道分离效率较普通平直微通道明显提高;在高流速下直通道对小粒径磁珠的磁泳分离失效时,T型微通道仍能实现高效分离.进一步分析表明,T型微通道内分离效率提高的本质在于磁力场与流场的协同作用使得磁珠产生更大的偏转速度,从而增加了分离效率.研究结果对磁泳芯片优化设计具有理论指导意义.     

适于光子集成及光互连的回音壁微腔半导体激光器

介绍了正三角形和正方形微腔的类回音壁型模式特性,以及与输出波导连接的正三角形和正方形定向输出微腔激光器.实验表明正三角形微腔激光器作为光探测器应用具有共振增强的响应特性.提出了采用两个定向输出微腔激光器与硅上光波导连接实现芯片上的光互连的设想.     

法国加快研究为生物技术服务的微型机电系统

按照传统的定义 ,微型机电系统 (MEMS)一般都配备有运动部件 ,在小型化中需要遵守多种标准 ,比如 ,如何用传感器捕捉信息 ,如何对捕捉到的信息进行电子处理 ,然后再将信息传出 ,以供应用。整个系统是互相联系在一起的 ,并配以适当的外部封装 ,以寻求最佳的自主性。然而 ,CEA公司的项目负责人亚历山大·福奇斯 (AlexandraFuchs)说 ,“微型机电系统并不一定非带有运动部件 (如微型阀 ,微型泵等等 )。有时 ,这些部件的功能可以由疏水性效果 ,微型气泡等等所代替 ,这样就可以避免使用很难做得十分坚固的运动部件。”巴黎一家咨询事务所Alcim…     

CPLD控制的便携式电疗仪的刺激器设计

介绍了一种便携式电疗仪的刺激器的设计方法。利用CPLD芯片实现刺激器的主要硬件电路的设计,通过对CPLD芯片编程实现刺激波形的产生、刺激频率、脉宽和幅度的数字式可调。该方法简化了电路,提高了系统的实时处理能力和可扩展性。经仿真和电路测试证明,刺激器输出波形准确可靠,能很好满足各项性能要求。     

基于ATT7028A的载波智能仪表设计

本文提出了基于高精度计量芯片ATT7028A载波智能仪表的设计方案.完成了方案的硬件与软件设计,重点进行了戢渡部分的设计及洲试.本智能仪表不仅在实验室环境下进行了成功的载波组网通信测试,而且已经挂网运行,运行性能稳定可靠.本设计方案在电力线存在严重干扰情况下,提高了载波通信成功率,实现了自动抄表功能.     

龙芯X微处理器抗辐照加固设计

龙芯X微处理器芯片是一款集成了中央处理器、存储控制器、PCI控制器、周边元件扩展接口、通用输入/输出控制器、中断控制器、串行外围设备控制器、串行通讯总线控制器等丰富功能的SOC芯片.芯片采用32位MIPS龙芯自主知识产权处理器核LS232,并从多个层面对芯片进行抗辐照加固,包括环栅版图加固、guard-ring版图加固、时空三模冗余加固、DICE结构存储、EDAC算法加固等,使芯片能够适应各种复杂空间环境的应用需求.龙芯X芯片工作频率为100 MHz,总剂量抗辐照指标300 krad(Si)以上,单粒子GEO轨道翻转率小于1.90362×10-5/设备/天.     

硅基微型振荡热管的流动可视化实验研究

利用MEMS技术,首次在硅基芯片上加工制作了梯形截面的微型振荡热管.借助摄像机,对以FC-72为工质的两个通道水力直径分别为352μm（#1）和394μm（#2）的微型振荡热管的启动和稳定情况下的运动特征和流型等进行了可视化观察.结果发现微型振荡热管的启动相当迅速,在启动过程中没有观察到明显的核化现象,蒸发段内的汽塞主要通过液塞断裂而产生;进入稳定阶段后,微型振荡热管对倾斜角度的适应性较强,在10°～90°的范围都可实现持续稳定的大幅振荡,但只在#2热管内明显地观察到工质的单向循环运动.实验中观察到泡状流、塞状流、环状流、半环状流和波环状流等,而核态沸腾只发生在#2热管的蒸发段,在其冷凝段还观察到了喷射流.     

基于FPGA的全彩色高清大屏LED扫描控制系统的设计

介绍了一种具有高清显示能力的LED大屏幕全彩显示屏的驱动控制系统的设计方案.在FPGA内部实现系统各控制模块,对其反γ校正模块和灰度扫描模块的原理和实现进行了着重介绍.主控制芯片采用了Altera公司的低端芯片系列CycloneⅡ的EP2C8Q208,很好的控制了成本,列驱动芯片采用聚积科技的MBI5026,最高移位频率可达25 MHz,使整个系统有很强的扩展性.最后,根据设计结果,给出了反γ校正和灰度扫描的仿真波形.     

基于无掩模光刻的生物透镜阵列组装方法

在微纳光学领域,透明的介质微球和活体生物细胞都因具备光学成像能力,而受到研究者越来越多的关注.然而,由于其尺寸和生物活性限制,很难将它们直接集成到光学系统上.基于光镊、声镊等多物理场方法虽然可以操作微球和细胞用于成像,但是对成像样本往往有特殊的要求.为此,本文提出了基于无掩模光刻的微球/细胞透镜阵列模块制备方法.利用自然沉降原理,分别将SiO₂微球和MCF-7细胞组装在水凝胶微孔阵列模块上形成微透镜阵列.实验和仿真结果表明,嵌入在水凝胶中的SiO₂微球阵列仍然保持其超分辨成像能力, MCF-7细胞可实现图像的放大.由于是阵列化成像,因此能够获得比单个微球或细胞更大的观测视野.本文所提出的模块化成像方法,有望应用于生物光子器件及在体光学成像领域.     

疏水表面微通道电渗流的数值模拟

电渗流（EOF）广泛应用于微流控芯片中的流体传输与混合.针对具有一定滑移长度的疏水表面微通道,建立了描述EOF的控制方程,基于有限元分析方法对微通道EOF进行了数值模拟,研究了微通道高度、电场强度和溶液浓度等对EOF的影响.结果表明,疏水表面和亲水表面微通道EOF的瞬态过程相似,稳态时间尺度在ms量级,大小与微通道高度的平方成正比;EOF速度大小与电场强度成正比,与微通道高度无关;由于边界滑移的存在,疏水表面比亲水表面EOF速度明显增大,且随着溶液浓度的增大,EOF速度增大相对要大的多.该结论对于具有一定滑移长度的疏水表面微通道内EOF的精确操控具有一定的参考意义.