硅微机械谐振压力传感器技术发展

硅微机械谐振压力传感器是目前精度最高、长期稳定性最好的压力传感器之一,是航空航天、工业过程控制和其他精密测量领域压力测试的最佳选择。系统阐述30年来国内外硅微机械谐振压力传感器技术的研究成果,简单介绍硅微机械谐振压力传感器的分类及工作原理,针对压力敏感膜片与谐振器复合结构和振动膜结构两种主要的芯体结构形式,详细论述硅微机械谐振压力传感器的研究历史、主要研究机构、国内外发展现状以及最新的研究成果,重点根据不同激励与检测方式对各种硅微机械谐振压力传感器的芯体结构进行深入分析比较。在此基础上,总结归纳不同芯体结构及其激励与检测方式的特点,并对硅微机械谐振压力传感器的未来发展趋势进行展望。     

非接触法在微电机力矩测试中的应用

为解决温度、振动、摩擦力、空气流动等因素对微电机力矩测试精度影响大的问题,提出了利用非接触法对微牛·米级微电机输出力矩进行测试的测量方法。对自行研制的测试设备——微力矩测试仪的工作原理及测试精度进行了详细分析。用所提出的测试方法和设备对电磁式微电机的力矩特性进行了测量,测试结果表明:该测试方法测量精度高,能够满足微牛·米级微电机力矩特性测试的要求。     

回音壁模式微波谐振腔温度模拟研究与设计

回音壁模式微波谐振腔用于工业温度精密测量具有测量精度高、抗震性强、成本低等优点。该文对直径和高度均为12 mm的圆柱状蓝宝石及其2倍尺寸的铜腔进行温度模拟仿真,通过对谐振频率和品质因数与温度的变化关系进行研究,并与实验结果进行对比,获得仿真结果的温度测量精度,为微波谐振腔测温仪的小型化和高精密研究提供参考,加快其在高精密工业测温领域的广泛应用。     

一种新型的压力微传感器

介绍一种新型的压力传感器,即静电激励电容拾振的硅谐振压力微传感器。该传感器在可靠性,测量精度,体积,重量等方面都有传统的传感器所不能比拟的优点,实验结果表明,其测量精度可以达到0．021％F．S。     

微机械材料杨氏模量的测量

利用蚀刻硅技术制造的微机械构件,由于特殊的制作工艺而需要对其材料的杨氏模量进行测量.这是随微机械技术的产生而提出的一个新课题.文章综述了已有的测量微机械材料杨氏模量的方法.在此基础上,提出了用声激励谐振法和瞬态激励法来测量微机械材料的杨氏模量,这两种方法具有测试装置简单、测量容易、精度高等特点.     

低温环境下MEMS微构件的动态特性及测试系统

研究了微机电系统(MEMS)微构件的谐振频率等动态特性在低温环境下的变化规律,从理论上分析了改变环境温度对微悬臂梁谐振频率的影响,并对低温环境下微构件的动态特性测试技术进行了研究。研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统,采用半导体冷阱实现低温环境,利用压电陶瓷作为底座激励装置的驱动源,通过底座的冲击激励,使微悬臂梁处于自由衰减振动状态,使用激光多普勒测振仪对微悬臂梁的振动响应进行检测,从而获得微悬臂梁的谐振频率。利用研制的测试系统,在-50℃～室温的环境下对单晶硅微悬臂的谐振频率进行了测试,结果表明,随着温度的降低,微悬臂梁的谐振频率略有增大,其谐振频率的温度变化率约为-0.263 Hz/K,与理论分析的结果基本一致。该测试装置能够有效地完成在-50℃～室温环境下微构件的动态特性测试。     

高精度非球面表面测量技术研究

追求更高制造精度一直是制造业的目标,制造精度的提高不但取决于机床、刀具和数控技术,而且取决于制造系统所采用测试手段所能达到的测量精度。在诸多非球面测量方案中,接触式光栅测量技术能够达到相对较高测量精度并具有广泛的适用范围。针对该技术在两个方面提出进一步的改进:第一,把原子力显微镜和用于位移精密测量全息光栅引入非球面制造系统,取代机械测头,以便对该系统所采用测试手段进行改进,进而提高该系统测量精度:原子力显微镜的工作模式采用轻敲模式。第二,全息光栅是光栅制造的最新发展,它的各种指标参数均优于刻划光栅,全息光栅位移精密测量技术也优于传统光栅位移测量技术;为进一步提高非球面表面测量精度,采用全息光栅取代普通光栅实现位移精密测量是非常必要的。     

发动机缸体CMM精密测量的温度影响研究

缸体是发动机的核心零件之一,制造过程及产品的尺寸质量控制是重点工作。缸体尺寸精度要求高,需使用三坐标精密测量设备,温度是影响精密测量的重要因素,本文从两方面研究其具体影响：第一,高精度三坐标校准和日常标定对温度的敏感性高,温度波动直接影响标定数据,从而进一步影响工件测量结果,通过设计实验研究其具体影响;第二,充分的恒温过程是实现精密测量的前提,缸体加工过程中会安装托盘,不同材料的恒温特异性差异导致恒温过程复杂,研究如何提高恒温效率并保证结果准确,对实际生产具有重要意义。     

基于机器微视觉的MEMS平面微运动测试技术

随着微电子机械系统(MEMS)研究的深入和产业化的需求,检测技术在MEMS中的重要性越来越大。基于机器微视觉原理组建MEMS动态测试系统,在此系统之上,提出模糊图像合成技术对MEMS器件的平面微运动特性如谐振器的运动幅度、谐振频率等重要参数进行了测试,给出了测量结果,并对测试结果进行了分析和讨论。     

谐振膜式密度传感器

设计了一种基于谐振理论的新型振膜式液体密度传感器,实现了液体密度的实时在线测量.谐振膜式密度传感器由谐振膜、激励单元、拾振单元和闭环控制电路与检测电路组成.传感器利用谐振膜与不同密度液体接触,液体密度与谐振膜等效质量具有相关性,而谐振膜等效质量的变化直接影响谐振膜的谐振频率,依靠检测谐振膜谐振频率来实时液体的密度测量.这种谐振膜式密度传感器制作工艺简单、信号稳定、测量精度较高.实验结果表明:谐振膜式密度传感器具有较高的重复性、灵敏度和测量精度,满足实时在线测量的要求.     

应用于精密测量的高性能隔振平台的研制

随着传感器技术的发展和测量方法的改进,各种精密测量仪器的性能得到了很大的提高,但是振动干扰很大程度上限制了精密仪器的性能发挥,尤其在各类高分辨率测量场合和超精密加工制造过程更是如此。本文设计了以空气弹簧为主要元件的隔振平台,并对隔振平台的性能进行了测试,实验证明该隔振平台可以有效地隔离和减小外界振动的影响,满足精密测量的性能要求。     

卫星载荷隔振装置特性的微振动试验及分析

载荷隔振装置是为适应高分辨率卫星光学有效载荷高精度、高稳定度工作环境要求而设计的一种高精高稳结构,如何对其特性进行有效的地面试验验证,并量化评估其减隔振效果,成为亟待解决的问题。基于此,通过设计并搭建了一套微振动试验系统,实现了载荷隔振装置的模态特性和传递率特性的测试,获得了有效测试数据,并通过对比分析,量化得到了载荷隔振装置的减隔振效果。试验结果为载荷隔振装置研制提供了重要的基础数据和工程经验,对卫星减隔振系统设计具有广泛的参考价值。     

高分辨率扭振测量方法及其应用

研究了一种高分辨率扭转振动测量方法及相应的脉冲调制解调方式,讨论了该方法的工作原理,实现的途径和在使用中存在的一些问题。列举了应用实例,并给出了齿轮箱故障的扭振诊断与利用箱体振动信号进行诊断的比较结果。该方法在实际应用中不但简单可靠,而且精度较高。由于扭振信号传递路径简单,信噪比高,故障特征明显,后续处理简单,所以利用它对齿轮箱进行故障诊断的效果更好。     

外界振动对精密离心机动平衡测试的影响

为从精密离心机动平衡测试信号中分离出外界振动的干扰信号,分析了惯导用精密离心机动平衡测试系统的测试信号,研究了静不平衡与偶不平衡作用下转子的回转中心,分析了来自地基水平方向的外界振动及外界角振动对精密离心机动平衡测试的影响。根据动平衡测试系统噪比对外界振动提出了要求。     

微振动测试平台及其标定方法

由于航天器在轨运行时产生的微振动会对其成像质量和指向精度等关键工作性能产生较大影响,通过地面试验测试航天器各活动部件的微振动特性对航天器的减振/隔振设计至关重要,为此研制了两种微振动测试平台:应变式微振动测试平台(strain micro-vibrations testing platform,简称SMTP)和压电式微振动测试平台(piezoelectric micro-vibrations testing platform,简称PMTP)。为了获得高精度的测试结果,分别针对SMTP和PMTP开发了高精度的标定方法,并通过试验测试对两种测试平台的工作性能进行检验。结果表明,SMTP和PMTP的测试误差分别在±1.10%和±4.94%以内,且二者对同一微振动的振动幅值的测试误差在±4.36%以内。     

基于K-medoids分类的场地微振动振源识别方法

各类精密实验室及半导体生产厂房都具有隔振设计,但周围仍可能出现一些超限振动,为找到经隔振设施后转变为微振动的干扰源,需对检测信号进行微振盲源分类与识别;因瞬态微振动信号低频、低幅值、持续时间短的特性,传统振动信号分析手段很难解决此问题,因此本文提出一种基于K-medoids分类的场地微振动振源识别方法。将长期监测数据通过预处理后进行端点检测算法截取瞬态微振动信号;对提取到的信号进行归一化梅尔滤波系数特征提取,构成特征矩阵;将特征矩阵进行基于动态时间归整距离的K-medoids算法聚类,并对场地周围包含的振源数进行估计;对各分类结果进行混合高斯模型建模,采集怀疑振源的数据,并由模型概率阈值判断识别,找出影响严重的干扰源。利用某场地24 h长期监测数据进行实验,成功找到该场地平均幅值最大和出现频次最高的两类干扰振源,分类正确率达到90.57%,识别率达到96.8%,证明了本文方法的有效性和准确性。     

某机载雷达天线框架结构的有限元分析

天线框架是天线的安装平台和精度基准,其结构刚度与强度直接关系到机载雷达的性能。文中以某机载雷达天线框架结构为研究对象,建立了完整的有限元仿真模型,进行了模态分析,给出了结构的前6 阶固有频率及振型,完成了该结构在加速度过载下的准静态分析及随机振动的响应分析,得到了相应的变形和应力值,并计算了相应的安全裕度。结果表明,该机载雷达天线框架具有较高的基频和较好的刚强度,结构设计满足机载产品抗力学环境设计要求。     

用于光学遥感器耐受卫星平台微振动环境地面测试的六自由度平台

考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约,提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型,推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型。基于设计的模型研制了六自由度平台。对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验,实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入。实验结果表明平台振动频率为7~40 Hz时,其加速度输出相对误差可控制在7%以内。该平台借鉴了Stewart平台的并联构型,其结构简单、刚度大,振源输出精确可控,满足地面试验应用要求。     

用于原子干涉重力仪的隔振平台模型辨识及验证

负刚度隔振平台广泛应用于原子干涉重力仪等量子精密测量设备,其低频性能和环境自适应能力对设备性能影响较 大,为此本文对典型商用负刚度隔振平台进行了半主动改造,以进一步增强隔振平台综合性能。 首先从理论上对力-位移关系 做了简要分析,着重探讨了负刚度特性和承载能力的决定因素;然后建立并分析了系统运动模型,分别在时域和频域对模型参 数做了精准辨识,根据测试结果对半主动隔振做了仿真分析,并采用贝叶斯优化算法快速找到最优控制参数;最后在真实系统 上进一步验证了该方案,结果表明半主动隔振可将系统的低频共振峰衰减 357 倍,系统在低于 0. 3 Hz 和高于 8 Hz 的频段能起 到良好的隔振效果,超低频隔振性能有显著提升,文中所提方案可广泛应用于量子精密测量相关隔振设备。     

转子振动试验网络化测试系统的实现

介绍了一种转子振动试验网络化测试系统,给出了用Lab VIEW SQL Toolkit实现LabVIEW和SQL Server互访的方法,并用此方法实现网络化数据库,通过实例介绍了一种小型化转子振动试验网络化测试系统,包括系统结构、数据采集、数据处理与分析以及测试数据和图像,实现了实时的网络化测试和数据传输。