特种微机电系统压力传感器

通过对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器设计方法与封装制作工艺问题的研究,针对不同应用环境下对压力传感器的性能、尺寸及封装要求,提出相应的传感器力学结构模型——微压结构、梁膜结构及倒杯结构,通过相应的FEM有限元建模方法对传感器结构进行仿真分析并优化结构尺寸,建立合理的力学结构;进行MEMS工艺设计及封装工艺满足传感器微小尺寸、耐高温冲击响应及高过载能力等要求。其中,针对微压传感器在测量过程中高灵敏度与非线性矛盾问题进行力学分析及仿真,分析不同结构的传感器的力学特性及结构尺寸对传感器输出特性的影响,提出新型梁膜结构微压传感器结构,对新型结构传感器进行MEMS工艺研究;根据空气动力学试验、航空测试及火药爆破试验等对高温压力传感器的动态特性要求,采用倒杯式高频响压力传感器及齐平膜封装方式,提高传感器的动态响应特性,满足10 kHz到1 MHz的频响要求;通过有限元分析耐高温冲击封装结构,采用梁膜封装结构提高了耐高温压力传感器的可靠性。通过压力传感器仿真验证、静态特性试验及动态冲击响应试验验证传感器力学结构建模方法、MEMS工艺设计及封装设计的正确性。     

压力传感器信号调理模块的设计与实现

文中设计的调理电路模块主要用于压力传感器微弱信号的放大调理,该模块使用自动稳零技术的精密仪表放大器AD8230作为放大模块,且针对井下工作环境中的噪声影响,设计了相应的滤波电路.此外,为了满足井下钻柱内安装的尺寸要求,采用了小容量的镍电容代替了大容量的钽电容.这样不但提高了压力传感器采集数据精确性,且AD8230具有的自稳零功能极大的减小了电路中零点漂移的影响,也减小了信号放大后的误差,从而提高了压力传感器的测量精度及可靠性.     

低侧向效应MEMS压阻式加速度传感器

MEMS压阻式加速度传感器是目前最常见的测振器件之一。在某些特殊环境下,加速度信号组成较为复杂,例如机床主轴振动测试系统,可能有多方向加速度信号同时施加到传感器,这就要求设计的传感器具有较低的横向效应,即较小的横向交叉干扰,因此文中研制了一种可以从理论上消除传感器自身横向交叉干扰的MEMS压阻式加速度传感器。文中采用新型的复合八梁结构作为传感器的敏感元件模型,并利用敏感结构上的应力分布规律优化传感器的信号检测电路,从理论上消除了传感器的横向交叉干扰;通过MEMS加工技术加工了传感器的芯片结构,并进行了封装和相关性能测试实验。实验结果表明,所设计的传感器具有不超过1%的横向交叉干扰,1.798 m V/g的测量灵敏度以及14 kHz的固有频率。     

基于分布压力检测的植入式膀胱尿液容量监测系统

针对植入式膀胱尿液容量或压力监测装置体积大、损坏膀胱组织及与尿液接触引起感染等问题,设计了一种基于分布压力检测的植入式膀胱尿液容量监测系统。该系统由体内装置和体外装置构成,体内装置测量膀胱底部作用于压力传感器的压力信号,并通过无线传输模块发送至体外;体外装置通过磁谐振耦合无线供能向体内装置供电,并接收体内压力传感器采集的压力信号。模拟实验表明:该系统可稳定的采集膀胱压力信号并实现对膀胱尿液容量的监测,测量误差达到11.5%。系统不损坏膀胱组织、与尿液非接触、工作可靠,可为设计开发新型的便携式膀胱尿液容量监测装置提供技术指导。     

血管介入操作力觉标定模块设计

设计了一种应用于血管介入操作的力觉标定模块,该模块能够检测导丝导管所受到的轴向阻力和周向扭矩。 首先,通过机械结构将轴向阻力和周向扭矩作用于模块中的压力传感器;其次,通过检测电路对压力传感器产生的力觉信号进行采集,并使用卡尔曼滤波等法进行信号处理;最后,通过设计搭建的实验平台进行标定实验。 结果表明,该力觉标定模块能够很好地检测力觉信息。     

基于无线通信的井下低功耗压力传感器设计

针对有线矿压监测系统存在的缺陷,提出了一种低功耗矿井无线压力传感器设计方法与实现电路。该方法从低功耗的视角,对传感器节点的硬件电路、软件流程和系统时钟进行了优化设计研究,硬件电路以MSP430为核心,首先通过对各功能子模块配置数字开关及中断调度方法,有效增加了核心电路的休眠时间以节省能源消耗;其次,在保证性能的前提下,调配主系统时钟的时钟源及降低时钟频率,减小了CPU运行时的功耗;最后,给出了扩散硅压力传感器的输入输出关系及不确定度的形式化表达式。传感器测压范围是0~70 MPa,测试结果表明,节点测压最大误差为0.1MPa。该数字传感器具有体积小、抗干扰性强、易维护、安全性高等特点。     

应用于特殊环境的光纤光栅温度压力传感器

针对现有高温高压油井下对温度和压力的实时长期监测要求,设计了温度补偿式光纤光栅温度压力双参量传感系统。根据传感器的使用环境,优选了恒弹性合金。采用优选后的恒弹性合金作为基底材料设计了圆筒与圆形膜片组合式传感器结构,圆形膜片是整体加工成型的。最后,对传感器进行相关实验测试。实验测试与误差分析结果显示,传感器实现了温度和压力的大量程测量,传感特性呈单值线性,温度补偿可一体化封装;温度线性检测区为0~350℃,温度灵敏度为0.020 1 nm/℃,温度测量静态误差为0.029%;压力线性检测区为0~60 MPa,压力灵敏度为0.013 6nm/MPa,压力测量静态误差为0.046%,这些指标能够满足实际工程的要求。     

高频响MEMS压力传感器设计与制备

高频响MEMS压力传感器,常用于各项高速冲击波动态测试,能够完整地呈现和评估测试当场下的动态效果。高频高压高温芯片的加工与刚性封装外壳是高频响MEMS压力传感器的研究难点。文中通过设计仿真、工艺加工试验及封装测试,设计加工出一种齐平式倒装封装的高频响MEMS压力传感器。完成220℃的温度-压力复合场动态性能测试,补偿后的传感器精度可达±1.5%FS,频响可达375.2 kHz。     

汽车轮胎安全智能检测系统的设计

提出了一种新型汽车轮胎安全智能检测系统的设计方案。把传感器和RF发射器直接安装在轮胎内，采集各个轮胎当前时间的气体压力数据，经调制后再以无线射频信号发射给车厢内的数据接收模块。通过接收器和处理器，能及时准确地检测各个轮胎的压力安全状况，以便驾驶人员作出相应的对策。详细阐述了利用软、硬件实现的几项关键技术，包括控制RF发射器功耗、射频通信、抗干扰措施。实验表明：该系统性能良好，达到了预期的设计要求。     

基于压阻效应的陶瓷压力传感器

设计制作了一种基于压阻效应的陶瓷压力传感器,采用宜弯折柔性调理电路,体积小、稳定性好、宜封装集成。在不同温度、压强环境条件下,对传感器进行了系列实验测试,其满量程综合检测精度(线性、迟滞、重复性等)达到0.975%,完全符合压力传感器通用技术条件规定的综合误差要求,性能指标优良。加之陶瓷芯片具有耐腐蚀、抗磨损、成本低廉等优点,该传感器可被广泛应用在各种压力检测的场合。     

Minimal Realization of Linear Graph Models for Multi-physics Systems

An engineering system may consist of several different types of components,belonging to such physical"domains"as mechanical,electrical,fluid,and thermal.It is t...     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

INTEGRAL EQUATION METHOD＇S APPLICATION IN HOLE-EDGE STRESS OF COMPOSITE MATERIAL PLATE WITH DIFFERENT SHAPED HOLES

The strength of composite plate with different hole-shapes is always one of the most important but complicated issues in the application of the composite material. The holes will lead to mutations and discontinuity to the structure. So the hole-edge stress concentration is always a serious phenomenon. And the phenomenon makes the structure strength decrease very quickly to form dangerous weak points. Most partial damage begins from these weak points. According to the complex variable functions theory, the accurate boundary condition of composite plate with different hole-shapes is founded by conformal mapping method to settle the boundary condition problem of complex hole-shapes. Composite plate with commonly hole-shapes in engineering is studied by several complex variable stress fimction. The boundary integral equations are founded based on exact boundary conditions. Then the exact hole-edge stress analytic solution of composite plate with rectangle holes and wing manholes is resolved. Both of offset axis loadings and its influences on the stress concentration coefficient of the hole-edge are discussed. And comparisons of different loads along various offset axis on the hole-edge stress distribution of orthotropic plate with rectangle hole or wing manhole are made. It can be concluded that hole-edge with continuous variable curvatures might help to decrease the stress concentration coefficient; and smaller angle of outer load and fiber can decrease the stress peak value.     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.     

Short-Term Relay Quality Prediction Algorithm Based on Long and Short-Term Memory

The fraction defective of semi-finished products is predicted to optimize the process of relay production lines, by which production quality and productivity ar...     

End-to-End Multiview Gesture Recognition for Autonomous Car Parking System

The use of hand gestures can be the most intuitive human-machine interaction medium.The early approaches for hand gesture recognition used device-based methods....