基于氧化铝陶瓷的无线无源湿度传感器的制备和测试

通过湿度感应技术与近场电磁耦合原理相结合,构成了基于氧化铝陶瓷的无线无源湿度传感系统。此传感器包含叉指电容与电感线圈构成的LC谐振电路和由聚酰亚胺薄膜构成的湿敏结构。当聚酰亚胺薄膜吸收水分子后,聚酰亚胺和水组成的复合体系的介电常数发生变化,导致LC电路的谐振频率发生改变,通过读取天线将传感器频率信号读取出来。搭建湿度测试平台对传感器进行测试,结果表明传感器的谐振频率随着密闭环境中空气湿度的线性增大而呈线性减小的趋势。当湿度从50%RH变化到88%RH的时候,传感器谐振频率从113.712 1 MHz变化到92.311 5 MHz,灵敏度为0.545MHz/%RH。     

一种双频基片集成波导介电常数测试系统

为了同时测量不同频率下的复介电常数,设计了一种基于基片集成波导结构可工作于S和C波段的双频介电常数测量系统,在2.45和5.85 GHz附近可同时测量待测物的复介电常数。该测试系统的传感器包含2个按对角线级联的正方形谐振腔、2条测试缝隙以及一段微带馈电耦合结构。2条缝隙的工作波段相互独立,待测物接触传感器表面的2条缝隙影响系统的谐振频率和品质因数,基于人工神经网络的反演获得待测物复介电常数。仿真数据作为训练人工神经网络的样本,验证阶段,使用不同浓度的乙醇与水混合溶液检验传感器准确性,与理论值相比,在2.45 GHz时介电常数实部和虚部的测试结果最大相对误差为1.98%和1.28%,5.85 GHz时分别为2.15%和2.68%,该传感器具有较高的精度及双频测量特性。     

基于多波段的太赫兹吸波体高灵敏传感器

基于目前多波段吸波器工艺复杂且波段较少，设计一种由两个开口谐振环所组成的多频段吸波体高灵敏传感器。采用时域有限积分法对其进行仿真分析。结果表明，所设计的传感器具有4个吸波率96%以上的吸收峰。在其表面附着一层待测物，改变其折射率，发现其各波段吸收峰的频率与折射率之间均呈现良好的线性特性，且在频率f=3.095 THz处具有较高的灵敏度915 GHz/RIU和较高的FOM值19。将其应用于不同浓度的葡萄糖溶液仿真检测，结果显示其可以有效传感3%、5%、7%、9%浓度的葡萄糖。此吸波体高灵敏传感器的出现可以避免吸收峰少所带来的分析物无法检测及检测精度较低等问题，为葡萄糖的检测提供一种新的手段。     

基于石墨烯表面等离子体的温度传感器设计

基于石墨烯的电学特性和周期性光栅结构,设计一种表面等离子体温度传感器.对温度传感器在不同光栅厚度、光栅宽度和光栅间隔时的反射率及共振波长进行仿真计算,优化传感器结构尺寸.在此基础上分析乙醇、蒸馏水、甘油等不同传感介质的温度传感器在不同温度下的反射率和共振波长,比较其温度灵敏度.试验结果显示,以甘油作为传感介质时,温度传感器的灵敏度可达0.665 nm·℃^-1.     

超材料吸波体的高灵敏度微波传感器

超材料吸波体具有超薄和强谐振等特点,可用于高灵敏度传感。设计了微波段可用于检测介质折射率的超材料吸波体传感器,通过仿真设计和参数优化,得到了工作频段内单频点谐振、高吸收的吸波结构,分析了其吸波机理。吸波体表面加盖不同折射率的介质板,会导致谐振吸收频点发生不同幅度的频移,经分析,当介质板厚度大于2mm时,谐振吸收频点偏移仅与待测板折射率有关。通过对仿真数据进行拟合,得到了谐振频率与折射率之间的线性函数关系并分析了传感器的性能,最后实验验证了二者的函数关系。设计的超材料吸波体传感器灵敏度达到了1 592MHz/RIU,FoM值达到7.026 9/RIU。     

全对称谐振式压力传感器结构设计与仿真分析

提出了一种基于侧向驱动的全对称谐振式压力传感器结构.谐振结构采用侧向梳齿电容驱动,既保证了驱动力的线性特性,又由于本身的空气阻尼为滑膜阻尼,可以取得较高的品质因子.另外,设计的差分电容结构能进一步提高器件的检测灵敏度.经过ANSYS 10.0的仿真分析总结出谐振结构固有频率受结构参数影响的规律,确定了量程为0～550 kPa的谐振式压力传感器具体尺寸,其灵敏度达到了22.602 Hz/kPa;分析了温度对谐振结构固有频率的影响,得到-20～60℃下的热灵敏度温度系数为-1.8233 Hz/℃,为后续的温度补偿提供依据;最后通过分析谐振结构的频域响应特性,最终确定了传感器的频域特性曲线以及不同阻尼比下传感器的品质因子.为谐振式压力传感器真空封装的真空度选择提供参考.     

盘式光纤加速度计的灵敏度增强方法研究

提出一种基于多层缠绕光纤环的灵敏度增强方法以实现盘式光纤加速度计高灵敏度传感。通过分析单层光纤敏感盘盘片的应力应变状态,探讨光纤盘粘贴区域、弹性盘片尺寸、传感光纤类型3种因素对灵敏度的影响,采用多层光纤敏感盘对盘式光纤加速度传感器进行灵敏度增强的方案,并通过有限元软件仿真验证。采用多层光纤敏感盘制作的盘式光纤加速度计,其加速度灵敏度能够达到6 243.4 rad/g,有效地提高了盘式光纤加速度传感器的灵敏度。     

一种基于神经网络算法的宽带溶液介电常数测量

以共面波导结构和人工神经网络为基础实现了一种宽带溶液介电常数测量.由于共面波导在自由空间中辐射小、结构灵敏等优点,本文通过时域有限差分法算法在1~3GHz下优化设计了一种双端口的U型共面波导传输线作为测量装置.人工神经网络反演算法使用的散射参数全部来自于乙醇-水溶液的实验数据,有效的避免了传统方法中仿真数据与实测数据带来的误差.为验证该神经网络预测的准确性,本文在常温20℃下分别测量了4组不同浓度的甲醇-水溶液和甲醇-乙醇混合溶液在带宽内的传输系数并进行介电常数的神经网络反演.反演结果与Cole-Cole方程下的理论值相比较有较好的一致性,介电常数实部和虚部的相对误差平均为3.6%、3.51%.     

增强二元混合物中少量化合物的受激拉曼散射光谱

在二元混合物构成的悬垂液滴中，用罗丹明640染料的激光增益，增强了少量化合物的受激拉曼散射光谱，并分别将甲醇-乙醇、乙醇-水混合液中的少量化合物的受激拉曼光谱可探测极限降低了近一个数量级．     

多元组分相互作用对T型分子筛膜蒸气渗透性能的影响

面向组成复杂的溶剂脱水需求,系统考察了T型分子筛膜对水-甲醇、水-乙醇、水-异丙醇二元体系及水-甲醇-异丙醇、水-乙醇-异丙醇三元体系的蒸气渗透分离性能。结果表明:在373 K下,当原料水质量分数为3%时,水-异丙醇体系中的水通量为1.05 kg/(m2·h),分别为水-甲醇和水-乙醇体系水通量的5倍和3.5倍;在水异丙醇体系中加入甲醇或乙醇后,由于甲醇或乙醇进入分子筛膜孔道内阻碍了水的传输,分子筛膜的水通量和分离因子均出现显著下降。通过孔度渗透的方法探讨不同组分与T型分子筛膜间的相互作用,结果表明:组分分子尺寸越小,其在膜孔内的吸附及毛细管冷凝现象越严重,随组分吸附量的增大,对膜孔的堵塞程度越大。研究显示T型分子筛膜的微结构具有良好的稳定性,不容易受组分的吸附行为的影响。     

基于取向纤维基底和图案化双相金属层的高灵敏应变传感器（英文）

为了提高液态金属基应变传感器的灵敏度,研究了一种高灵敏度、可拉伸的应变传感器,该传感器由取向的静电纺热塑性聚氨酯纤维基底和图案化双相金属传感层构成。以液态金属Galinstan为“岛”,固体金属银为“海”,构建了图案化双相金属传感层。银“海”可阻止连续的液态金属导电路径的形成,基于银导电区域的裂纹扩展机制,传感器的灵敏度显著提高。此外,纤维取向(水平或垂直)削弱了在受力时纤维的重新排列,增强了传感层的变形。结果表明,对于单一液态金属层或Ag层组成的传感器,基底纤维垂直取向与随机排列比较,灵敏度分别提高1.09倍和33.19倍。最终制成的基于垂直取向纤维基底和图案化双相金属层的应变传感器具有超高的灵敏度(灵敏度系数高达952.20)和宽传感范围(高达59.33%)。这种设计有望在可穿戴设备中显示良好的应用潜力。     

二元液体混合物粘度的研究

设计了测定液体混合物粘度的实验装置,用纯水对实验装置进行检验,其偏差与文献值相比小于5％。使用该装置对六种二元液体混合物的粘度,即丙酮和水,丙酮和甲醇、甲醇和三氯乙烯、甲醇和苯、四氯乙烯和苯、甲醇和四氯乙烯,从常温到高温加压测定。测定的六种液体混合物的粘度大体上随温度成反比例变化。     

基于亚波长金属耦合腔光栅的太赫兹传感器

提出一种亚波长金属耦合腔光栅结构的太赫兹传感器。采用亚波长矩形腔结构单元,设计了谐振腔级联耦合的金属亚波长光栅。利用谐振腔与光栅导模共振的相干耦合作用,产生高品质因数的类电磁诱导透明模,形成腔诱导太赫兹波异常反射现象。异常反射模表现出显著的局域场共振增强效应,大大提升太赫兹波对分析物的感测能力。数值仿真表明,太赫兹波正入射的传感灵敏度可达到6-22THz/RIU,品质优值可高达55-152,同时具有宽达50°工作角的太赫兹感测能力,可适应大孔径角太赫兹波束的传感操作。     

声表面波谐振型气体传感器的研究

分析和设计了声表面波谐振型气体传感器的叉指换能器和反射栅的最佳结构,研制了ST切石英基底的双端对声表面波谐振型气体传感器,研制了一种高稳定性的振荡器电路。用所研制的ST切石英基底,谐振频率148.5 MHz,敏感薄膜为酞菁铜的双端对声表面波谐振型气体传感器进行了NO_2气体传感检测实验,检测了传感器声表面波振幅的变化,其优点是传感器的声表面波振幅的温度波动远小于通常传感器所检测的声速,提高检测温度稳定性。实验结果证明了所研制的器件具有很好的实用性。     

基于蛋白A定向固定抗体的触珠蛋白压电免疫传感器的研究

用蛋白A-金电极法将触珠蛋白抗体固定在9MHz镀金石英晶体比表面,研制了一种简单、灵敏的压电免疫传感器,用于溶血性贫血与严重肝病标志物一触珠蛋白的高特异性检测．比较了传感器采用直接金电极吸附法、牛血清白蛋白吸附-戊二醛交联法和蛋白A法三种固定抗体的方法．研究了蛋白A的定向自组装、抗体的固定化浓度和免疫反应时间等主要因素对免疫传感检测灵敏度的影响,并考察了传感器响应与再生性能．测得该免疫传感器检测人血清中触珠蛋白的线性浓度范围为1．27-31．7mg／L．     

基于光子晶体微腔和光纤环形衰荡的微力传感器

提出一种基于光子晶体微腔的高灵敏度的微力测量方法.首先,提出一种M型结构的梁作为传感探头,使系统在受到微力作用时,仅有光子晶体微腔的空气孔折射率发生变化而引起谐振波长的漂移,极大地提高了传感器的线性度和测量范围.然后,对微纳环结构的光子晶体微腔结构进行优化设计,获得了品质因子高达7100的微腔.最后,选择合适的实验器件及其特性参数,搭建基于光纤环形衰荡的波长解调系统,实验结果表明该系统的波长解调灵敏度为90μs/nm,所设计的微力测量系统的灵敏度可达194.616μs/μN.     

H型梁谐振式MEMS压力传感器设计

谐振式微电子机械系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)压力传感器因其灵敏度高、体积小等特点近年来被广泛研究.根据谐振梁在不同压力作用下发生振动时,轴向应力的改变引起谐振梁等效刚度变化,从而进一步改变谐振梁谐振频率的原理,文章提出一种采用电磁激励/电磁拾振方式测量外界压力的谐振式压力传感器,并对传感器建立模型,利用ANSYS有限元仿真软件对传感器进行模拟分析与仿真验证.结果表明,量程为0～300 kPa、最大过载1.2倍满量程(full-scale,FS)时,初始频率为57.984 kHz,传感器灵敏度达66.98 Hz/kPa,非线性误差小于0.15％FS.     

基于HFSS的1800MHz同轴谐振微波介质滤波器的设计及仿真

本文采用高频结构仿真软件（HFSS）设计的1800MHz同轴谐振微波介质滤波器在满足设计要求同时能够减小几何尺寸,满足实际需要。中心频率1790MHz,带内波动1.5dB,3dB带宽45MHz,插入损耗0.38dB,带外抑制27.5dB。     

有限元法在谐振式硅微机械加速度计设计中的应用

谐振式硅微机械加速度计是新型高精度的微机电系统传感器，作者选用双端固定音叉作为谐振器，设计了一种硅微谐振式加速度计，设计中，使用了有限元分析软件进行了大量辅助分析，对传感器的工作情况进行了仿真。通过模拟和计算，预先估算出谐振器固有频率、应力分布情况以及传感器基本性能参数，这对传感器工艺流程设计及结构改进具有重要意义，有限元分析结果显示，传感器的灵敏度大约为2Hz/g。     

基于新型EBG结构的四陷波UWB天线

设计了一种基于新型电磁带隙(EBG)结构的四陷波超宽带(UWB)天线,所设计的天线印刷在介电常数为3,厚度为1.5 mm的介质基板上。为了实现某些窄带通信频段(WIMAX、WLAN双频和X波段下行卫星通讯信号)与UWB天线协同工作,通过对蘑菇形电磁带隙(M-EBG)结构进行改进,将金属过孔移向边角并引入曲流技术,有效地减小了EBG单元的尺寸和谐振带宽,设计了谐振于3.5、5.25、5.78和7.5 GHz处的新型EBG单元,并依次加载于正六边形UWB天线的馈线两端形成耦合。仿真和测试结果表明,所设计的天线满足UWB无线通信系统的要求,并有效地抑制了所述4个频段的信号,具有较高的频谱利用率和稳定的全向辐射特性。