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.     

热机的新发展--热声热机

传统的热机按一定的热力学循环要求,用热机的机械结构和运动规律组织工作介质的状态变化,实现热能与机械能之间的转变。热声热机则是运用热声原理在一定的几何和热力环境条件下,利用系统与工质自身性质及各个部分之间进行的一种热力学自组织过程实现热能与机械能之间的自主转化。实践中可以实现无运动部件的热机系统。     

飞轮储能系统机电耦合非线性动力学分析

对永磁悬浮-机械动压轴承混合支承式飞轮储能系统的机电耦合动力学问题进行了研究. 基于机电分析动力学原理, 给出了系统各部件的动能、势能、电机气隙磁场能和系统的耗散函数, 并由广义Lagrange-Maxwell方程建立了系统的机电耦合动力学微分方程组. 推导出了适用二阶多自由度常微分方程组的四阶隐式Runge-Kutta公式, 并运用Gauss-Newton法求解了机电耦合动力学非线性代数方程组. 完成了储能0.3 kW飞轮系统动力学特性分析, 研究结果表明, 上阻尼系数变化对储能飞轮系统的机电耦合共振频率没有明显的影响, 但是使系统的共振峰幅值大幅降低. 随着下阻尼系数增加, 系统的机电耦合共振频率增大, 同时系统共振峰幅值下降. 随着电机转子稀土永磁体剩余磁感应强度增大, 系统的机电耦合共振频率减小, 同时系统共振峰幅值增大.     

微加工技术与微光机电系统的研究与应用

本文简要介绍了微光机电系统（MOEMS）中的微加工技术,主要是硅微机械加工技术和LIGA技术,并介绍了微光机电系统在信息与通讯、汽车工业、生物医学、航空航天、国防军事等领域的应用。     

忆阻器阻变随机存取存储器及其在信息存储中的应用

忆阻器具有依赖于激励历史的动态电阻,可以用来构造少晶体管的非易失性半导体存储器(NVSM),也称为阻变随机存取存储器(RRAM).本文提出了一种基于忆阻器的阻变随机存取存储器(MRRAM)——可与现代计算系统相兼容的纳米级二值存储器实现方案,其结构与静态随机存取存储器(SRAM)类似,但用忆阻器替代基本RS触发器存储信息.在此基础上,通过改进该MRRAM,可以实现在一个存储单元中存储多比特信息(以灰度级形式)的多值存储器,大大提高了存储密度.给出的计算机仿真和数值分析验证了本方案在存储ASCII字符和图像中的有效性,探讨了灰度图像存储的新方法.     

牵引供电SCADA系统故障树分析研究

应用灰门故障树分析方法对牵引供电SCADA系统的可靠性进行了研究。简要介绍了灰门故障树分析方法的基本理论和牵引供电SCADA系统的基本结构;建立了牵引供电SCADA系统的故障树;用概率灰数描述部件的故障概率,用灰门代替传统逻辑门来描述部件间的联系,用故障测度描述部件的故障程度。对所建立的故障树进行了定量的计算。结果表明,应用灰门故障树分析方法的计算结果是可行有效的。     

ELDIME公司开发新系列的数字摄像机

十二年以来 ,ELDIME公司在全世界被公认为是比色分析技术、光度分析技术领域的领先公司。最近该公司又推出了新系列的数字摄像机iSENSE ,用于在量子图像技术领域进行比色分析和光度分析。iSENSE数字摄像机为动态 16位系统 ,通过热电系统冷却到 - 30℃ ,即使信号的强度非常小 ,也能够保证最佳测量的精确度和敏感度。该系统还可以配备其它的可选配置。比如CCD的传感器解像度可以达到 6 30万像素点。摄像机上也可以配置各种不同的滤波器 ,比如光滤波器 (photopic) ,NVIS滤波器 ,干涉滤波器 (interference)等等。如果客户有特殊的要求…     

具有领导者的高阶线性多运动体系统的群智汇集趋同

本文研究了具有领导者的高阶线性多运动体系统的群智汇集趋同问题.利用运动体与其邻居的信息,分别为跟随者设计了状态反馈型和输出反馈型控制协议,并利用矩阵Riccati代数方程、矩阵分析等工具,给出了系统实现领导-跟随者群智汇集趋同的充分条件.研究表明,当领导者和跟随者所组成的多运动体系统的通信拓扑交互平衡并且存在一棵生成树时,只要合理地选取满足条件的控制增益,系统在所给出的控制协议作用下可以实现领导-跟随者群智汇集趋同.特别地,当为跟随者设计输出反馈型控制协议时,借助误差系统可以将领导-跟随者群智汇集趋同问题转化为静态输出反馈问题.当系统的输入输出矩阵满足一定的秩条件时,系统在所设计的输出反馈型控制协议作用下可以实现领导-跟随者群智汇集趋同.     

Gamma分布下基于年龄更换的二态混联系统综合重要度计算

在综合重要度计算方法的基础上,面向年龄更换策略,分别给出了并-串联和串-并联等典型二态混联系统组(部)件综合重要度具体计算公式。在假设部件寿命服从Gamma分布的条件下,推导出并-串联和串-并联等典型二态混联系统综合重要度的等价计算公式,同时给出了公式的物理意义。以二态混联系统为算例,依据系统中组(部)件串并联关系计算了各组(部)件的综合重要度值,分析结果验证了二态混联系统综合重要度计算方法及其物理意义的正确性和有效性。     

集成微光机电系统在光通信中的应用与展望

本文分析了当前集成微光机电系统在通信用光器件方面的研究与应用情况,展望了集成微光机电系统在未来光通信系统集成方面的前景。     

激光冲击复合强化机理及在航空发动机部件上的应用研究

针对激光冲击强化在航空发动机高温部件、薄叶片和叶片榫槽/榫齿等复杂部件(位)应用的问题,系统开展了激光冲击表面纳米化方面的研究.本文在总结多种航空发动机金属材料激光冲击表面纳米化表征、原理、热稳定性研究的基础上,提出了基于表面纳米化和残余压应力的激光冲击复合强化机理,进而提高了激光冲击强化在高温部件上使用温度,并介绍了薄壁结构、榫槽/榫齿等特殊部件(位)激光冲击强化工程应用的情况.激光冲击表面纳米化及其复合强化机理的研究工作,拓宽了激光冲击强化的研究领域和应用范围.     

具有等式约束的滑动多项式建模方法

滑动多项式是广泛应用的动态系统建模方法,如何有效利用先验信息(也称为附加信息或约束信息)是改善多项式模型性能的有效途径.鉴于可转变成等式约束条件的附加信息的广泛应用,提出了带等式约束项的滑动多项式的两阶段建模方法.在理论分析的基础上,以空间目标跟踪为例,进行了算法的数值验证.该方法只需在原无约束模型的迭代格式上增加一个修正步骤,实现简单,且具有良好的可观测性、收敛性、估计精度和计算效率.文中的模型并未针对特定系统,稍加调整,可直接应用于一般非线性系统的状态建模.此外,这里的性能分析方法对其他建模方法的性能预测也同样具有参考价值.     

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.     

三类微型能量转换系统有限时间热力学性能优化的研究进展

随着分子生物技术、纳米技术和微电子技术的发展,微型能量转换系统日益受到人们的重视.微型能量系统中能量转换的机理和效率研究是涉及热力学、统计力学、物理学等多学科交叉融合的新课题,而能量系统的性能优化是揭示微型系统能量转换机理、提升能源利用效率的一个关键问题.本文在概述有限时间热力学理论产生和发展的基础上,结合国内外的研究现状,阐明性能优化对微型能量转换系统的意义,综述利用有限时间热力学理论对热驱动布朗马达、能量选择性电子机和热离子装置这三类典型微型能量转换系统进行热力学分析和优化研究的最新进展,并提出进一步的研究展望.     

基于MEMS和A蛋白自组装膜抗体定向固定技术的安培型免疫传感器

采用微机电系统（micro electromechanical systems，MEMS）技术制备安培型免疫传感器电极系统，并利用A蛋白和硫醇白组装单层膜（self-assembled monolayer，SAM）设计传感界面，用于抗体的定向固定，研制了一种新型的安培型免疫传感器．首先采用MEMS技术，在硅片上制备“Au，Pt，Pt”微型三电极系统和SU-8微型反应池；然后基于自组装技术，先在金电极上制备巯基乙胺自组装单层膜，利用静电吸附作用在巯基乙胺单层膜上组装A蛋白，再利用A蛋白对抗体的定向吸附作用实现抗体在金电极表面的定向固定．该传感器的研制以低成本、微型化、高度集成，以及实现“片上系统”生物传感器为目标．采用循环伏安法和计时电流法研究传感器的响应特性，与采用块体电极的传统传感器以及采用在电极上直接吸附A蛋白的抗体固定方法相比，该传感器体积小，与CMOS集成电路工艺兼容，对人免疫球蛋白（HIgG）的测定响应快（20s），线性范围宽（50--400μg／L），检出限低（10μg／L），并且易于实现传感器的阵列化和实时多参数检测．     

视频技术的革命:VisioPaD移动式摄像机使用的动态视频监视系统

VisioPaD系统是一种新的“即插即用”式的动态视频监视系统 ,主要用在公路监测领域 ,通过分析视频图像 ,来探测突然停止运动的物体。操作人员不用再配置、调整设备 ,也不用再为设备预先设置参数 ,只要把VisioPaD系统连接在现有的移动摄像机网络上 ,VisioPaD系统便可以自动进行探测 ,使操作人员可以集中精神做其它的工作。这样一来 ,移动摄像机监视系统可以变得更加灵活 ,尤其是可以通过预先设置程序 ,进行自动化的监视 ,而且在自动监视的过程中 ,操作人员随时可以干预。图像可以记录 ,发生事件时 ,操作人员可以倒带检查。操作人员可以通…     

法国的空间探测技术产品

SMART 1是欧洲第一个月球研究计划 ,由欧洲空间署(ESA)领导 ,瑞典空间署负责具体实施。该计划实际上是对有关技术进行检测 ,以验证用于星际旅行的电力推进技术的可能性。法国正以创新的方式加入这一计划 ,向其提供一台静止等离子推进器和一台摄像机 ,并参与开发用来检测月球起源模式的仪器。法国的贡献具有革新意义 :一台静态等离子推进器 ,一台微型摄像机 ,并由辐射空间研究中心 (CESR UPS)研制以检测月球起源模式为主要目的的D CIXS仪器。静态等离子推进器以及全部推进系统由斯奈克玛发动机公司 (SNECMAMoteurs)为欧洲空间署 (…     

基于成像的分布式卫星SAR系统地面运动目标检测(GMTI)及定位技术

针对三维超大稀疏立体阵星座构形，研究了此类分布式卫星SAR系统的地面运动目标检测(GMTI)方法，并以三颗卫星的“干涉车轮”(Cartwheel)和“干涉钟摆”(Pendulum)构形为例仿真分析了GMTI的性能，对地面运动目标在SAR图像中的方位位置会偏离其真实位置，提出通过估计运动目标Doppler谱的偏移量来重新定位运动目标，此方法简单、易于实现。     

墙面及天花板上大壁虎脚趾作用力测试和脚掌形态研究

用3维运动作用力测试系统测量大壁虎在墙面和天花板上稳定运动时的脚趾作用力,分析了脚趾力的变化与壁虎运动的关系;用高速摄像跟踪观察壁虎在稳定运动时脚趾行为,获得壁虎在墙面、天花板上运动时脚掌形态特征;揭示大壁虎在墙面及天花板上稳定粘附的形态学和接触力学规律.结果表明：在墙面和天花板接触表面内脚趾的面力与脚趾的夹角分别为12.6°和3.1°,垂直于接触表面的粘附力足以平衡重力引起的翻转矩或重力;壁虎第1和第5脚趾产生方向相反的力,在接触面内形成冗余结构,提高接触的可靠性和稳定性;墙面与天花板表面运动中脚趾作用力与运动表面的夹角近似相等（约20°）;壁虎在天花板运动时,脚趾作用力明显大于在墙面运动时的脚趾作用力;上述结果可以启发仿壁虎机器人脚掌的控制与设计。     

三值光计算机的基本原理

提出了用垂直偏振光、水平偏振光和无光强三个稳定的光状态表示信息的三值光计算机基本原理, 分析了用现有微型或集成光学、光电、电光元件实现三值光计算机核心部件的可行性, 讨论了三值光计算机的基本特征. 这些基本原理也适用于基于线偏振光的三值光纤通信.