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室温超高真空环境原子尺度Au/Si(111)-(7×7)不定域吸附的局域接触势能差测量技术

物理学报 2022年第6期71卷 84-93页

作者：王慧云冯婕王旭东温阳魏久焱温焕飞石云波马宗敏李艳君刘俊中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学山西省量子传感与精密测量重点实验室太原030051 大阪大学工学研究科精密科学应用物理学大阪5650871

利用自制超高真空非接触调频开尔文探针力显微镜系统地研究了Au/Si(111)-(7×7)的结构和局域接触势能差.虽然扫描隧道显微镜已被广泛应用于原子尺度金属吸附半导体表面的研究,但仅局限在观测金属和半导体表面.开尔文探针力显微镜允... 详细信息

利用自制超高真空非接触调频开尔文探针力显微镜系统地研究了Au/Si(111)-(7×7)的结构和局域接触势能差.虽然扫描隧道显微镜已被广泛应用于原子尺度金属吸附半导体表面的研究,但仅局限在观测金属和半导体表面.开尔文探针力显微镜允许在原子尺度利用局域接触势能差直接测量各类平整表面不同位置的电荷,而成为更方便、更精确的电荷表征手段.本文通过在室温下利用开尔文探针力显微镜对Au吸附Si(111)-(7×7)表面的形貌及局域接触势能差原子尺度测量,同时建立相应的吸附模型和第一性原理计算,得到了Au/Si(111)-(7×7)最佳吸附位置的差分电荷密度分布图,并给出了Au在Si(111)-(7×7)表面的最佳吸附位置不定域移动的局域接触势能差关系,分析了Au原子在吸附过程中与Si表面之间电荷转移的机理.实验结果表明,Au/Si(111)-(7×7)吸附表面的局域接触势能差测量可以进行有效的Au与Si原子识别.本研究对推动表面电荷精密测量的发展具有重要意义.

关键词：开尔文探针力显微镜 Au/Si(111)-(7×7) 表面局域接触势能差

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一种基于FPGA的瞬态温度采集系统设计

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电子测量技术 2023年第19期46卷 49-55页

作者：王志超张志杰张秋宁中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室仪器与电子学院太原030051

为了实现爆炸温度场恶劣环境下的温度准确测量,设计了一种以FPGA作为微控制器、铠装热电偶为测温元件的温度数据采集存储系统。其坚固的防护结构与热电偶不锈钢铠装使系统在爆炸场拥有极强的生存能力。参数可编程、可多次触发的设计使... 详细信息

为了实现爆炸温度场恶劣环境下的温度准确测量,设计了一种以FPGA作为微控制器、铠装热电偶为测温元件的温度数据采集存储系统。其坚固的防护结构与热电偶不锈钢铠装使系统在爆炸场拥有极强的生存能力。参数可编程、可多次触发的设计使系统具有灵活、可靠的优点。针对热电偶动态响应不足的问题,使用粒子群算法完成了动态补偿滤波器设计并将其集成到上位机软件中,实验结果表明系统平均静态误差为1.43%,动态误差不超过6.4%。

关键词：热电偶接触式测温 FPGA 动态校准 PSO

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基于CSIW加载开口圆环的增强型微流传感器

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仪表技术与传感器 2023年第2期 17-21页

作者：段俊萍赵文强武鑫磊陆畅张斌珍中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

针对微流传感器小型化、高灵敏度的性能要求,利用微扰理论,提出了一种基于圆形基片集成波导(CSIW)加载开口圆环的增强型微流传感器。传感器加载开口圆环后,工作频率从3 GHz降到1.6 GHz,相对频率偏移量增加54%。建立了传感器的等效电路... 详细信息

针对微流传感器小型化、高灵敏度的性能要求,利用微扰理论,提出了一种基于圆形基片集成波导(CSIW)加载开口圆环的增强型微流传感器。传感器加载开口圆环后,工作频率从3 GHz降到1.6 GHz,相对频率偏移量增加54%。建立了传感器的等效电路模型并根据简化电路模型解释了微流检测的工作原理。实验结果表明:设计的传感器对乙醇溶液的测量误差小于3%,对葡萄糖浓度的测量误差小于6 mg/mL,在微流检测领域具有很好的应用前景。

关键词：微扰理论圆形基片集成波导微流传感器小型化高灵敏度

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WO_(3)/GF/PDMS力敏/电磁屏蔽结构的抗γ辐照研究

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传感器与微系统 2023年第10期42卷 25-27,31页

作者：刘金萍王瑞荣李欣郭浩唐军刘丽双中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

提出了一种既具有抗伽马(γ)辐照又具有电磁屏蔽性能的氧化钨(WO_(3))/石墨烯泡沫(GF)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合力敏结构。该结构以GF良好的三维多孔网状结构所形成的良好导电网络来实现电磁屏蔽。WO_(3)粉填充来实现γ辐照屏蔽。通过... 详细信息

提出了一种既具有抗伽马(γ)辐照又具有电磁屏蔽性能的氧化钨(WO_(3))/石墨烯泡沫(GF)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合力敏结构。该结构以GF良好的三维多孔网状结构所形成的良好导电网络来实现电磁屏蔽。WO_(3)粉填充来实现γ辐照屏蔽。通过真空辅助法,将WO_(3)/PDMS溶液回填进入GF中制得。通过^(60)Co-γ射线对复合结构进行不同剂量的辐照,并对辐照前后复合结构的电磁屏蔽性能、电导率及力敏特性进行了测试分析。结果表明:所制备的复合结构随着辐照剂量的增加,依旧保持较好的电磁屏蔽效能、导电性和良好的重复性与稳定性。该复合力敏结构具有较好的γ屏蔽效果和电磁屏蔽性能,为柔性可穿戴器件应用于辐照及电磁辐射环境中提供了参考。

关键词： γ辐照电磁屏蔽力敏特性

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多量程弹道测量系统设计与标定方法

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传感器与微系统 2023年第6期42卷 104-107页

作者：张泽宇李杰胡陈君孙宁宋金昊中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

搭建了一种新型的多量程弹道测量系统并设计了相应的混合标定方法。首先,进行了系统方案设计,介绍了具体模块的设计思路;其次,研究了多量程惯性组合的标定方法,在分析了标定原理的基础上建立了相应的误差模型;最后,通过试验验证了系统... 详细信息

搭建了一种新型的多量程弹道测量系统并设计了相应的混合标定方法。首先,进行了系统方案设计,介绍了具体模块的设计思路;其次,研究了多量程惯性组合的标定方法,在分析了标定原理的基础上建立了相应的误差模型;最后,通过试验验证了系统设计的可行性与标定方法的有效性,该系统可以正确地测量多种量程的加速度和角速度信息,系统性能稳定,数据精度满足要求,具有一定的工程实用价值。

关键词：微机电系统加速度计陀螺仪 AD7606 现场可编程门阵列标定

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基于移动平台的三维风速风向动态测量系统

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电子器件 2023年第2期46卷 437-442页

作者：崔永俊杨阳阳侯钰龙中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室仪器与电子学院山西太原030051

由于风速风向对帆船等移动平台的影响,需要实现对风速风向的动态测量,因此设计了一款基于时差法的正四面体非正交结构超声波阵列的动态测量系统。该系统通过测量超声波在顺风和逆风下传播的速度不同,结合测量装置的结构解析,得到风速风... 详细信息

由于风速风向对帆船等移动平台的影响,需要实现对风速风向的动态测量,因此设计了一款基于时差法的正四面体非正交结构超声波阵列的动态测量系统。该系统通过测量超声波在顺风和逆风下传播的速度不同,结合测量装置的结构解析,得到风速风向和俯仰角,利用磁力计补偿方位信息数据和中值滤波算法,解决了在移动平台上实时动态采集风速风向和俯仰角的问题。经实际测试,系统风速测量误差在±1 m/s以内,风向测量偏差不超过0.8°,俯仰角测量偏差不超过1°,达到预期设计要求。

关键词：风速风向动态测量正四面体非正交结构方位信息补偿时差法中值滤波算法

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高分辨率光纤法珀传感器解调系统设计

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传感器与微系统 2024年第4期43卷 79-82,87页

作者：景智鹏万顺贾平岗中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051

光纤法珀传感器的腔长测量精度取决于解调系统的分辨率,现有的解调系统的分辨率多大于10 nm,难以实现10 nm以内腔长变化的测量。针对该问题,提出了以7 450像元数的线阵图像传感器为基础搭建解调系统,通过硬件设计与软件算法提高特征信... 详细信息

光纤法珀传感器的腔长测量精度取决于解调系统的分辨率,现有的解调系统的分辨率多大于10 nm,难以实现10 nm以内腔长变化的测量。针对该问题,提出了以7 450像元数的线阵图像传感器为基础搭建解调系统,通过硬件设计与软件算法提高特征信号质量,完成腔长数据提取,实现了一种高分辨率光纤法珀传感器解调系统。实验结果表明,该系统在0~20μm的腔长测量范围内,实现了2.7 nm的光学分辨率,精度达到0.013 5%FS。

关键词：法珀传感器测量精度解调系统腔长高分辨率线阵图像传感器

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退火条件对磁控溅射MgO-Ag_(3)Sb-Sb_(2)O_(4)柔性薄膜热电性能的影响

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无机材料学报 2022年第12期37卷 1302-1310页

作者：刘丹赵亚欣郭锐刘艳涛张志东张增星薛晨阳中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 西安理工大学电子工程系西安710048

MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料,有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜,并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电... 详细信息

MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料,有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜,并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电薄膜,而是形成了由Ag_(3)Sb、MgO及Sb_(2)O_(4)多相组成的柔性薄膜,其中Ag_(3)Sb起主要热电功能。不同气氛退火可以显著提升MgO-Ag_(3)Sb-Sb_(2)O_(4)(Mg-Ag-Sb)柔性薄膜的热电性能,其中真空处理性能最佳。在真空条件下,随着退火温度升高,柔性薄膜的热电性能呈现先增加后减少的趋势,当退火温度为573K时热电性能最佳,室温附近功率因子达到74.16μW·m^(-1)·K^(-2)。并且,薄膜表现出较好的柔性,弯曲900次后,电导率仅变化了14%。本研究为MgAgSb柔性热电薄膜的制备及可穿戴应用提供了参考。

关键词： MgAgSb 退火处理热电性能柔性薄膜

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基于MEMS矢量水听器的水下目标方位探测系统设计

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传感器与微系统 2024年第11期43卷 86-89页

作者：柳燕张国军张文栋拜政宇戴文舒中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051

本文设计了一种结构、尺寸均适配于微型浮标的小型化水下目标方位探测系统,针对水下固定频率的声目标方位获取进行研究,主要适用于水下目标主、被动双基地探测。测试系统利用微机电系统(MEMS)矢量水听器作为核心传感器,设计现场可编程... 详细信息

本文设计了一种结构、尺寸均适配于微型浮标的小型化水下目标方位探测系统,针对水下固定频率的声目标方位获取进行研究,主要适用于水下目标主、被动双基地探测。测试系统利用微机电系统(MEMS)矢量水听器作为核心传感器,设计现场可编程门阵列(FPGA)读写控制电路,一方面,采集的数据存储于SD卡中;另一方面,则将数据暂存在随机存取存储器(RAM)中,以备数据回传需求。通过驻波管实验证明:搭建的小型化目标方位探测系统稳定可靠,根据其所采数据在有效范围内可以获得目标的方位估计,驻波管内角度误差估计小于2°,误差小且定向准确。

关键词： MEMS矢量水听器测试系统目标方位探测

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基于牺牲层工艺的CMUT阵列设计制造及性能表征

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传感器与微系统 2024年第3期43卷 108-111页

作者：梁永孟繁胜王任鑫张国军贾利成张文栋中北大学仪器与电子学院省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051

电容式微机械超声换能器(CMUT)具备比压电式超声换能器微型化、高密度阵元集成、高机电耦合系数等优势,在医学成像、流量测量等领域展现出巨大的潜力。本文基于牺牲层释放工艺,设计并成功制造了高密度集成的微型CMUT阵元,在水中对其进... 详细信息

电容式微机械超声换能器(CMUT)具备比压电式超声换能器微型化、高密度阵元集成、高机电耦合系数等优势,在医学成像、流量测量等领域展现出巨大的潜力。本文基于牺牲层释放工艺,设计并成功制造了高密度集成的微型CMUT阵元,在水中对其进行了性能测试和表征。实验结果显示,该换能器具有优异的发射线性度(非线性度为0.74%),以及良好的发射和接收灵敏度。此外,轴向声压衰减趋势符合负指数衰减规律,并且具备出色的指向性能(-6dB主瓣宽度为26°),同时旁瓣干扰极小。

关键词：电容式微机械超声换能器牺牲层释放工艺线性度发射灵敏度指向性

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