耐高温硅隔离压阻力敏芯片的研究

采用微型机械电子系统技术制作出了具有高精度、高频响特点的耐高温硅隔离压阻力敏芯片.根据压阻力敏芯片的版图设计结构,基于弹性薄板小扰度弯曲理论计算分析了压阻力敏芯片的结构尺寸和固有频率.采用静电键合工艺将压阻力敏芯片封装在硼硅玻璃环上,形成倒杯式弹性敏感单元,通过有限元仿真分析了玻璃环对压阻力敏芯片性能的影响.根据温度实验数据及计算结果,得到压阻力敏芯片各温度点的热零点漂移的绝对值均小于0.02%FS·℃-1,说明该压阻力敏芯片的准确度等级优于0.1%FS·℃-1,且零点稳定性好.     

分数阶阻尼Duffing系统的非线性动力学特性

采用4阶龙格库塔法和10阶连分式欧拉法,数值计算、分析了分数阶阻尼Duffing系统的动力学特性.利用相图、Poincare截面映射图和分岔图等非线性动力学分析方法研究了阻尼的分数阶微积分阶数对Duffing系统动力学性能的影响,采用分岔图法研究了外部激励的幅值和频率变化时分数阶阻尼Duffing系统的动力学行为.分析表明,分数阶阻尼的阶数在0.1～2.0发生变化时,系统依次进入周期运动、混沌运动、周期运动、混沌运动和周期运动,并且在混沌运动区间中存在着周期运动窗口,由周期运动进入混沌运动的倍周期过程比较明显,结果证实了阻尼的分数阶微分阶数对系统的动力学特性影响比较大,因此在系统动力学设计和分析中应该重视.     

硅微通道内血细胞流动特性测试

在微型机电系统硅微制造技术制作的矩形硅微通道内注入血细胞溶液,用高速摄影机采集记录血细胞微流动图像,利用图像处理技术,对流动图像进行背景噪声滤除、对比度增强、平滑滤波、形态学运算等操作,并用提取的边缘进行图像分割及识别.按照目标识别的结果,对识别出的细胞形状通过曲线拟合法进行修正,计算出多个流动状态参数,如细胞大小、流动速度等.计算结果表明:微通道内细胞的流动速度仍近似地符合抛物线形分布,与宏观流动的流形相类似;在流体溶液的作用下,血细胞的流动状态不仅伸长变形成椭球形,而且还会产生翻滚和旋转的运动方式,并发生在细胞各自的移动路径中,使得细胞在流体中的姿态不断发生变化;细胞的翻滚和旋转产生的原因主要是血细胞自身形状所受的流动剪切力矩不平衡,而运动的结果使血细胞的流动行为更加复杂多变.     

先进测量技术与高端测量仪器——制造大国迈向制造强国的基础与保障

 先进测量技术与高端测量仪器在科学研究、工业生产和医疗等众多领域获得广泛应用,也是中国实现从制造大国向制造强国转变的基础和保障。本文介绍了高端测量仪器产业的背景及需求,分析了目前中国高端测量仪器发展的现状及存在问题,阐述了典型测量技术的进展,并探讨了先进测量技术的发展趋势和高端测量仪器产业化发展途径。     

基于表面声波的微流控技术研究进展

 近年来，基于表面声波的微流控技术因为表面声波的产生与控制方式简单高效、表面声波与流体介质相互作用的形式多样，以及声波器件制备工艺简单、易于集成和检测等特点引起了广泛关注和研究。目前，基于表面声波的微流控技术在生化分析与疾病检测等领域中主要围绕细胞等微粒的排布、分离、混合与汇聚现象、声波加热、声波雾化、生物传感等方面展开研究，部分技术已接近成熟，具有发展成为便携式设备的巨大潜力，市场应用前景广阔。本文总结了近20年来表面声波微流控技术在微粒的排布、分离、混合与汇聚现象、声波加热、声波雾化、生物传感等方面的研究进展，并指出了相关研究正在由声力、声热、声电等单效应向多物理场效应转变，由二维、微米级操纵向三维、纳米级操纵转变、由平面型器件向柔性器件转变的趋势。     

线结构光扫描测头误差分析与补偿方法

针对线结构光扫描测头多项式拟合测量模型的系统误差问题,提出了一套用于该测头系统误差提取与补偿的方法.该方法通过在不同高度测量固定直线来提取不同景深位置的测量误差,并从中分离出测头在不同测量高度存在的系统误差,同时进行高度方向上的误差补偿.然后,利用标定结果以及高度方向的误差补偿点阵,将由标定成像网格点阵计算得到的空间点阵与实际标定空间网格点阵进行对比,进一步提取高度误差补偿后的测量结果存在的误差值,从而进行二次补偿与修正.实验表明,该方法可以有效扩大测量景深(达到150 mm),并且在采用步进电机开环驱动的普通机械精度工作台(单轴定位精度为15 μm)上测量时,能够保证在较大景深范围内具有较好的测量精度(±50 μm).     

基于TiN涂层/玻璃基体的热压印模板的制备与性能

对于热压印光刻而言,制备具有精确几何结构、良好耐磨损性能以及长使用寿命模板至关重要。在分析现有Si或SiO2模板使用性能基础上,提出了在TiN涂层/玻璃基体上制备热压印模板。首先采用直流磁过滤电弧在玻璃上沉积TiN薄膜,然后,通过聚焦离子束在薄膜上加工出最小线宽71nm的栅型结构,最后,使用所加工的模板,进行热压印实验,获得了良好的压印结果。实验结果表明,TiN作为模板材料可以获得高保真度的纳米图案,并且由于TiN比Si或SiO2具有更高硬度和强度,玻璃基体也具有很好的机械性能,由TiN/玻璃系统制备的压印模板的机械性能和使用寿命较之Si或SiO2基模板得到很大提高。     

微内燃机点火和燃烧中微尺寸效应的研究

从设计的微小空间燃烧室中，观察微燃烧通道中氢气／空气预混气体的燃烧现象，当空间尺寸从厘米级减小到毫米级时，点火和燃烧的不同特征会导致氢气的着火浓度界限变小，使得燃烧不稳定、不充分，极易造成淬熄．因此，提出了选用淬熄距离小、反应速度快、最小点火能小的气体作燃料，采取催化反应、增压和绝缘等措施促进微小空间内的点火和燃烧．通过分析微小空间对制备微型内燃机内平板电容点火器的限制，表明采用蒸发工艺制备的电极厚度小，因此增加电镀工艺，可使电极厚度达到4μm，明显提高了电容的单次放电能量．     

基于硅隔离衬底的高深宽比微型杠杆机构研究

针对微机电系统微执行器输出位移小,不能满足实际工作需要的问题,设计了一种微型柔性杠杆位移放大机构,并用有限元方法对放大倍数及影响因素进行了分析.该机构不含任何旋转部件,利用单晶硅微梁的弹性变形来实现微位移的放大,采用深层反应离子刻蚀技术将整个机构制作在硅隔离衬底上,并把它置于40%的HF溶液中使其成功释放.对集成加工在同一衬底上的电热微执行器进行了性能测试,测试结果表明,在没有优化的条件下,加工的两级微型杠杆机构在14 V工作电压下的放大倍数为18.9倍,输出位移达到36μm,测试结果与仿真结果相吻合.     

微构件弹性模量悬臂梁法测量的模糊建模及分析

在介绍悬臂梁法测量微构件弹性模量原理的基础上，分析了测量和评价过程的主要不确定因素，将模糊数学方法引入弹性模量的评价过程．在常规模型中，给予有关参数一定的变动范围，以隶属函数表示其取值分布情况，建立了基于模糊集的评价模型．其中，悬臂梁试件的刚度系数由载荷一有效挠度曲线经模糊加权线性回归拟合获得，其几何尺寸考虑为正态分布模糊数，利用水平截集概念转化为普通集规划问题求解．对单晶硅(100)悬臂梁试件的实验数据进行了计算，得到不同置信水平下的弹性模量评价区间．研究结果表明，带有模糊参数的弹性模量评价模型能适当吸收一些不确定因素，同时由于考虑了测量中多种因素的影响，评价结果与实际情况符合较好，因此更具有参考价值．