微机电系统动态特性的光学检测方法

微机电系统（MEMS）的动态表征是为可动MEMS器件的设计和加工过程提供可靠的实验数据反馈.文中构建了一个MEMS动态测试系统,它采用了光学检测方法,具有非接触、快速、高精度等优点.系统分别采用光流技术和显微干涉技术,结合频闪照明的方法,对MEMS器件的面内和离面运动特性进行了测量.通过对一个微加工水平谐振器的运动特性测量实验说明了系统具有的功能.     

基于FPGA的MEMS测量控制系统的设计

基于频闪显微干涉(stroboscopic interferometer vision system,SIVS)技术,提出了一种MEMS三维动态测量的同步控制系统.在该系统中,频闪的参数通过有USB功能的MCU从PC配置到FPGA中,然后由FPGA分别控制测量系统中的声光调制器、MEMS驱动器、微动平移台和千兆网相机.结合开发的应用软件,可以实时测量MEMS的运动.计算表明,使用该系统所能测量的MEMS的理论最高周期运动频率为1 MHz.实验证明这种方法行之有效.     

智能交流接触器三维动态测试与分析

利用图像序列对智能交流接触器动态过程进行分析,是智能交流接触器动态过程分析研究中的一项关键技术.在直接线性变换和刚体运动模型的基础上,提出了基于高速摄像机拍摄的智能交流接触器运动部件动态过程的二维序列图像研究三维动态特性的测试方法.从序列图像中获取智能交流接触器运动部件的特征标记点,得到其二维动态特性.根据特征标记点的二维坐标值,以及刚体的运动方程和投影关系的约束方程,联合求解出智能交流接触器的三维空间运动参数.在大量测试的基础上,对智能交流接触器的三维空间动态特性进行综合分析.该测量技术和三维运动参数的算法是智能交流接触器三维动态特性研究的一种有效手段,是智能电器动态特性研究的新方向.     

激光差动多普勒的信号处理电路设计

随着微机电系统(MEMS)技术的迅速发展,对器件运动性能检测的需求日益迫切.采用激光差动多普勒测量技术能准确可靠地对MEMS器件进行动态特性测试.本文介绍了激光差动多普勒系统的信号处理电路的设计,主要包括放大电路、相敏检波电路和滤波电路.放大电路能将40 MHz频率信号放大100倍,相敏检波电路滤除了高频信号,分离出多普勒频移信号,滤波电路进一步滤除相敏检波电路输出信号中的载波信号和高频噪声.本电路设计最终实现了从光路系统输出的高频信号中提取多普勒信号.     

基于光子晶体结构的微环谐振器的传输特性分析

本文针对基于硅基光子晶体结构的双信道单环谐振器的传输特性进行了系统的模拟研究工作,分析中应用了有限时域有限差分法(FDTD)设计进行微环谐振器的建模和传输特性的分析。建立一种基于三角光子晶体结构的微环谐振器模型,并通过改变结构参数,构建不同的微环谐振器模型结构。同时,利用matlab软件对不同模型结构的微环谐振器仿真结果进行处理分析。其满足谐振条件的光波通过谐振器时,能够进行耦合,仿真得到的谐振器输出端的传输效率达到0.96,与理论分析结果基本相似。本文对理解基于光子晶体结构的微环谐振器的工作机制、传输特性分析以及自主设计有所帮助,并为其实际应用提供了理论分析基础。     

精密振动测量用动态滤波器设计

介绍了电容法精密位移、振动测量原理,对测量用动态滤波器进行了设计、分析和比较研究。运用Pspice软件进行参数设计与优化仿真,在此基础上设计并实现了动态滤波器电路,通过对实际电路特性参数的比较测试（包括幅值、相位、截止频率和噪声大小等）,从而使设计出的动态滤波器能够实现0～3kHz精密位移振动信号测量,满足航空航天领域陀螺动压轴承端面跳动量及变形等动态测试需求。     

MEMS IMU随机误差建模在SAR运动补偿中的应用

随着SAR小型化发展趋势,低精度小型化微机电系统惯性测量系统（MEMS IMU）在SAR运动补偿中越来越受到重视。鉴于MEMS IMU 中随机误差较大,为提高其短时间内相对运动测量精度,从IMU测量误差对SAR成像的影响分析出发,采用基于时间序列分析方法对MEMS IMU中随机误差进行建模,并构建Kalman方程对IMU原始数据进行了滤波处理,减小了随机误差,从而降低随机误差在合成孔径时间内对SAR运动补偿的影响。机载SAR飞行试验数据处理结果表明,此方法能够有效的减小随机误差,提高SAR图像聚焦质量。     

RF MEMS器件时变结构电磁特性数值计算方法

准确掌握射频微机电(RF MEMS)器件的电磁特性是WSN节点射频收发前端设计可靠与否的关键,为解决RF MEMS器件时变结构的电磁特性数值计算问题,建立了RF MEMS器件垂直运动结构的机电耦合模型,实现了模型的时域离散,在时域有限差分的基础上,提出电(磁)介质参数插值的新思路,详细阐述了线性电(磁)介质参数插值法的基本思想,并推导了一维线性插值的计算公式.仿真实验结果表明,该计算方法具有易实现、速度快、效率高的特点.     

基于ADAMS的汽车继电器动态仿真与分析

本文设计了一款新型混合式汽车继电器,建立其三维模型并对零部件进行了加工组装.通过高速摄像机拍摄汽车继电器的运动机构在合闸和分闸时的动态过程,并基于图像处理技术对运动机构动态过程进行测试与分析.以实验测试的数据为基础,将三维模型导入ADAMS软件后进行参数配置并建立虚拟样机仿真模型,展开了对汽车继电器在实际运动过程中的三维运动重构仿真和实验的动触头运动过程对比,验证了结构设计的合理性并为动态特性的研究提供一定理论依据和参考.     

基于HHO算法的铠装热电偶动态补偿方法研究

由于铠装热电偶的时间常数较长、动态特性差,在动态测试中会产生动态误差,往往不能满足实际测量需求。提出一种基于哈里斯鹰优化算法(Harris hawk optimization, HHO)的动态补偿模型设计方法,使用该补偿模型,改善了铠装热电偶的动态特性。采用基于高温检定炉的实验系统得到铠装热电偶的动态标定实验数据,同时使用HHO算法优化选取动态补偿模型的参数,完成动态补偿模型设计。实验表明：通过此试验系统及方法可将铠装热电偶的时间常数从37.33 s减小到1.91 s。在某些特定工作环境下,可使用此方法改善热电偶传感器的动态特性,延长其使用寿命,降低成本。     

MEMS在运动轨迹显示中的应用

为便于通过运动轨迹分析研究物体运动特征,设计了一个运动轨迹测量显示装置,利用微机电系统（micro‐electronic mechanical system ,MEMS）技术与可视化设计,以Freescale Semiconductor公司生产的三轴低重力加速度传感器MMA8450Q和计算机为核心搭建硬件平台,以NI（National Instruments）公司开发的 LabWindows／CVI 8．5为平台编写具有可视化虚拟操作界面的控制程序,并通过性能验证实验,完成了基于 M EM S技术的运动轨迹测量显示装置的设计、实现、调试与实验过程。     

基于MEMS的海洋漂流浮标运动姿态测量系统设计

针对海洋漂流浮标运行时运动轨迹姿态多变影响传感器观测要素可靠性的特点，设计了基于三轴MEMS陀螺仪、加速度计、磁阻传感器的漂流浮标姿态测量系统。介绍了系统硬件组成结构及软件算法流程，采用四元数方法和PI调节算法进行姿态解算以及数据融合，并采用椭球拟合和阀值滤波方法修正补偿系统误差。实验测试表明，系统姿态测量效果良好，静态误差小、动态抗干扰性能较好，满足海洋漂流浮标姿态测量基本需求。     

基于MEMS传感器的运动加速度提取技术研究

结合多种现有物体运动加速度测量方法的特点,提出了一种基于MEMS运动传感器低成本且便捷的运动加速度测量方法。该方法采用多传感器数据融合技术实时求解物体的运动姿态,进而从MEMS运动传感器的实测数据中提取物体运动加速度。通过搭建基于MEMS运动传感器的加速度测量系统对该方法的可行性进行试验验证,试验结果表明,在静止状态下该方法的加速度求解误差为0.03 m/s2,与MEMS加速度计采集精度基本一致,具有较高的求解精度;在自由落地运动时该方法的加速度求解误差为0.07 m/s2,虽然物体长时间剧烈运动时耦合运动加速度会降低求解精度,但在短时间运动时仍具有较高求解精度。     

倒置微带贴片谐振器测量汽轮机湿度的研究

汽轮机蒸汽湿度的在线测量,对汽轮机的安全、经济运行具有重要的理论意义和实用价值。根据微扰法的基本理论,提出一种结构简单、灵敏度高的倒置微带贴片谐振器,实现汽轮机湿度的准确在线测量。湿蒸汽的湿度变化反应为谐振器介质层介电常数的变化,根据微带贴片谐振器的基本原理,仿真计算不同介电常数下的谐振频率,得到其变化关系曲线;讨论样本厚度、基质厚度和基质介电常数对频率偏移量的影响;设计微带贴片谐振器模型,并分别在HFSS和CST软件下进行仿真。研究及仿真结果表明,微带贴片谐振器模型适用于汽轮机蒸汽湿度的在线测量,蒸汽湿度每变化1%,谐振器频偏约为18 k Hz,约为微带缝隙谐振器频偏的3.6倍,有利于蒸汽湿度的准确测量。     

基于卡尔曼滤波器的姿态角测量系统设计

针对动态环境下载体的姿态测量,以无人机的航姿测量系统小型化为背景,给出了一种采用MEMS惯性器件构成的姿态角测量系统。系统采用新型32位ARM Cortex-M3内核微控制器STM32F103ZET6作为控制处理单元,传感器采用ADXL345加速度计、L3G4200D陀螺仪和HMC5883磁阻传感器。对于MEMS器件精度低,数据易发散的问题,采用卡尔曼滤波器实时将加速度计、陀螺仪和磁强计的数据进行融合,计算负担小,实时性好。实验结果表明,该姿态测量系统在静态和动态环境下都能够较好的完成载体姿态测量的任务。     

基于多重渐消因子变分贝叶斯的陀螺阵列融合算法

针对由多个MEMS陀螺仪组成的阵列系统在动态情况下噪声时变导致输出精度低的问题，提出了新的动态滤波模型和滤波方法。通过分析MEMS陀螺的误差特性和对角速度进行动态建模，构建了基于角速度估计的阵列陀螺随机误差动态滤波模型。由于动态情况下模型的不确定性导致传统方法精度较差，设计了一种多重渐消因子变分贝叶斯自适应卡尔曼滤波算法，利用变分贝叶斯思想和强跟踪理论提高了滤波器量测噪声估计精度、收敛速度和鲁棒性。最后在高精度转台上进行了静态实验和动态实验。实验结果表明：在静态条件下，“虚拟陀螺”方差降低为单个陀螺的4%，零偏不稳定性降低为47.2%；在动态条件下，“虚拟陀螺”能有效跟踪角速度的变化且角速度残差方差降低为单个陀螺的6.2%。该滤波算法能有效提高MEMS陀螺阵列系统的输出精度。     

基于VC++的介质复介电常数变温测量系统软件设计

本文针对介质电参数测量自动化与精确化的需要,综述了高Q谐振腔法测量介质复介电常数的基本方法,设计了一套基于VC 的、可兼容多种矢量网络分析仪与多种形式谐振腔的介质复介电常数变温测量软件系统,并论述了具体的开发设计过程.利用不同的方法测量多组介质片对软件进行测试,测量结果表明,该方法可以提高测量效率和精度,为介质复介电常数测量提供了一种有效的手段.     

Equivalent circuit for RF flexural free-free MEMS resonators

A method to extract a lumped-parameter equivalent circuit for a free-free flexural MEMS resonator, based on the Euler-Bernoulli beam equation and exploiting a modal analysis approach, is presented. The dynamic behaviour predicted by the equivalent circuit is compared with FEM simulations, and the effect of a geometrical mismatch is investigated as well. The resonance frequency and the quality factor are correctly predicted. The method could be used for more complex systems of interconnected beams. The circuit can be used as a quick and intuitive analysis tool for the system-level designer and to allow the simulation of the device in a system-level design environment.