带有力反馈控制的三明治式微机械干涉加速度计

设计了一种静电力反馈控制的三明治式微机械干涉加速度计,加速度计由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动电路和反馈控制电路组成.敏感芯片为玻璃-硅-玻璃3层结构,通过硅-玻璃键合体硅工艺制成.硅质量块由铝梁支撑,底部玻璃基片上有金属光栅和电极,通过在质量块和底部玻璃基片上的电极之间施加电压可以调节质量块与玻璃基片间的间隙.入射激光照射到敏感芯片上的光栅上,产生衍射光束,其光强随质量块与下玻璃的间距而变化.反馈控制电路通过测量衍射光强的变化来改变质量块与底电极之间的电压,使得质量块与底部玻璃基片的距离保持为入射光波长1/8的奇数倍,从而提高输出线性度,改善灵敏度,增大量程.     

集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种新型集成光栅干涉微位移测量方法,设计加工了微位移敏感芯片,并进行了初步的性能测试．敏感芯片利用硅-玻璃键合体硅工艺制作而成,在玻璃上制有金属光栅,光栅上方有由铝梁支撑的可动结构．实验系统由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动、检测电路组成入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动结构与光栅之间的距离变化,通过测量衍射光强的变化可以得到位移．测试实验结果表明,所制作的集成光栅干涉微位移敏感芯片可实现位移检测,最小可检测的位移约0．2nm．     

双波长集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法,利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640nm和660nm的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成,敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动部件与光栅之间的距离变化,通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号,实现了一定范围内的扩量程位移测量,并得到绝对位置。实验结果表明,利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522μm,并实现了间隙从7.522μm到6.904μm区间的高灵敏度位移测量,其噪声等效位移为0.2nm。     

不同质量块布局双端固支梁的等效弹簧系数的热效应

通过理论研究和有限元仿真分析了热效应对两种不同质量块布局的双端固支梁的等效弹簧系数的影响,两种质量块分别布局为质量块与梁对称布置和质量块位于梁平面一侧布置。 推导了双端固支梁等效弹簧系数随温度的变化公式,仿真分析了双端固支梁-质量块系统的一阶固有频率以及质量块在静载荷作用下的位移。通过固有频率及载荷-位移两种方式,分别得到了两种布局下的质量系统在不同温度下的等效弹簧系数。对于质量块对称布置和单侧布置,根据一阶固有频率得到的等效弹簧系数随温度的变化与理论分析都吻合;而利用载荷-位移得到的等效弹簧系数随温度的变化,需要对位移进行修正。计算结果表明,对于质量块位于梁一侧的系统,温度变化对其等效弹簧系数有重要影响,质量块的不对称会在温度变化时产生对梁的弯矩作用,从而使质量块产生位移,造成微机电传感器和执行器输出信号的改变。     

基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统研究

设计并实现了一种基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统。利用零长弹簧倾斜悬挂摆杆,通过精细调节可实现固有周期为20s的机械振荡。利用光电探测技术检测摆杆的微小位移,并对摆杆进行比例积分微分控制（PID：Proportional-Integral-Derivative）,有效补偿温度变化及弹簧蠕变引起的系统漂移,提高系统的稳定性。深入分析控制参数对系统周期特性的影响,反馈控制的积分项（I项）可补偿系统漂移,反馈控制的比例项（P项）可调节系统的刚度,而微分项（D项）可用于控制系统的阻尼系数。通过设置合适的控制参数,可以将系统的固有周期调节至30 s以上。该系统理论上可以实现超低频垂直隔振,有望应用于高精度绝对重力测量等精密物理实验研究。     

环形蠕动微泵的优化仿真和实验

本文分析了矩形截面环形蠕动微泵存在的泄漏问题及其对微泵性能的影响,减小泄漏是提高微泵背压和自吸能力的有效途径.通过Ansys有限元建立二维接触模型,模拟了各参数项对微泵泄漏率的影响,得出影响微泵泄漏率的主要参数为深宽比和挤压力,在一定范围内,深宽比越小、挤压力越大,则密封性越好,通过仿真拟合得到了计算泄漏率的近似公式;根据计算结果,设计制作了具有不同深宽比参数和不同挤压力的微泵,并对比测量了不同参数微泵的流量及背压,实现了最小2%的实际泄漏率.实验结果表明通过仿真拟合公式计算得到的泄漏率与实测泄漏率具有较好的吻合性.通过拟合公式优化设计微泵的结构参数,可有效降低微泵泄漏率,提高流量控制准确性,增大背压和自吸能力.     

MEMS结构中碳纳米管的电泳沉积及其场发射特性研究

利用电泳沉积的方法在MEMS结构特定位置上组装碳纳米管薄膜,以此作为发射体研制基于碳纳米管场发射的传感器,并对其场发射进行了测试和分析.电镜观测与场发射实验结果表明,利用电泳沉积方法可以只在MEMS结构的特定位置沉积碳纳米管薄膜,对于4μm的发射间隙、该薄膜的场发射开启电压约为3.6V～4V,发射电压20V时的发射电流可至28μA.这种“post-MEMS“的碳纳米管薄膜组装方法具有工艺简单的特点,同时避免了碳纳米管生长对MEMS工艺环境以及器件的污染、破坏,实现了纳米材料组装与MEMS工艺的兼容.     

T-1型绝对重力仪的系统原理与测试结果

高精度绝对重力仪用于测量地球表面的重力加速度(g,常用值9.81 m/s2),已经广泛用于计量、测绘、地质、地震与资源勘探等领域。本文将简要介绍T-1型高精度绝对重力仪的系统原理和测试结果。经过进一步改进与工程化设计,T-1型高精度绝对重力仪有望在国内多个领域发挥重要应用。特别是在力学领域,高精度绝对重力仪能够满足国内测力、测压、扭矩等元器件及仪器仪表生产商对精确重力测量的要求。