检索结果-内蒙古大学图书馆

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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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

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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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一种高精度的柱温箱控制系统设计

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中国测试 2023年

作者：闫丹苏淑靖吴梦香郭杨盛亢叶飞中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室

针对柱温箱温度控制的非线性、时变问题，设计了一种高精度温度控制系统。控制系统软件上以温度偏差作为决策变量，较大温度偏差采用改进Bang-Bang温控策略，中等温度偏差采用模糊温控策略，微小温差采用模糊PID温控策略，硬件上以Corte... 详细信息

针对柱温箱温度控制的非线性、时变问题，设计了一种高精度温度控制系统。控制系统软件上以温度偏差作为决策变量，较大温度偏差采用改进Bang-Bang温控策略，中等温度偏差采用模糊温控策略，微小温差采用模糊PID温控策略，硬件上以Cortex-M3内核处理器为核心，结合温度采集电路以及温度控制电路。实验结果表明：温度稳态精度达到了预期设计目标，设定温度为40.00℃时，稳态误差在0.04℃以内，同时具有良好的抗干扰能力。

关键词：柱温箱温控复合温度控制方法改进Bang-Bang控制模糊控制 PID控制

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高旋环境下轴承内圈温度原位测试方法

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轴承 2023年

作者：郭喜明曹咏宏李晨中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室

针对燃气轮机高速轴承在运行过程中其内圈温度难以原位动态测量的问题，设计了一种基于贴片式铂热电阻温度传感器的高旋环境下轴承内圈温度原位测试方法。并搭建了高速轴承复合测试平台，对轴承内圈进行不同转速条件下的温度测量。当轴... 详细信息

针对燃气轮机高速轴承在运行过程中其内圈温度难以原位动态测量的问题，设计了一种基于贴片式铂热电阻温度传感器的高旋环境下轴承内圈温度原位测试方法。并搭建了高速轴承复合测试平台，对轴承内圈进行不同转速条件下的温度测量。当轴承内圈温度发生变化时会引起温度传感器敏感元件电阻值发生变化，然后利用惠斯通电桥高灵敏地采集电阻变化量并且将其转为电压变化量，微控制器接收到前置放大的电压信号后进行转换处理并实时存储，最后通过Matlab将存储的数据拟合为温度变化曲线。实验结果表明，该温度测试方法实现了轴承转速在0～10000r/min的模拟工况下的轴承内圈温度的原位测量。

关键词：原位测量温度传感器轴承温度高速旋转

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基于黑磷的纳光机电磁矢量传感器设计

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光学学报 2022年第9期42卷 154-161页

作者：刘文耀刘晨曦李伟邢恩博周彦汝陈建军唐军刘俊中北大学量子传感与精密测量仪器山西省重点实验室山西太原030051 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

基于二维材料的纳机电谐振器具有体积小、频率高、品质因数高等优势,在传感领域具有很大的应用潜力。其中,黑磷由于其波纹状的平面结构和各向异性的机械特性,为平面内矢量传感提供了可能。利用黑磷设计了一种光学激发光学读出的新型纳... 详细信息

基于二维材料的纳机电谐振器具有体积小、频率高、品质因数高等优势,在传感领域具有很大的应用潜力。其中,黑磷由于其波纹状的平面结构和各向异性的机械特性,为平面内矢量传感提供了可能。利用黑磷设计了一种光学激发光学读出的新型纳光机电磁矢量传感器。利用有限元分析法,探究了黑磷层数和长宽比对矢量性的影响,确定了黑磷谐振器的尺寸为0.6μm×0.134μm×0.5 nm;分别探索了高杨氏模量和低杨氏模量方向对磁场响应的各向异性。通过谐振模式的空间分布,解释了角度和长宽比对器件灵敏度和矢量性的影响机理。结果表明,将磁场旋转90°,灵敏度可从-4.048 MHz/mT变化为5.796 MHz/mT。与精度相近的洛伦兹力的微机电磁传感器相比,所设计传感器的频率可提高6个数量级,尺寸可缩小6个数量级。该设计为新型纳光机电矢量传感器的制备提供了一种方法。

关键词：测量纳光机电谐振器黑磷光驱动磁矢量

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基于16×4阵元CMUT面阵的三维超声反射成像

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微纳电子技术 2023年第3期60卷 399-405页

作者：胡淑敏杨玉华裴毓何常德张国军王任鑫张文栋中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051

为实现非接触式三维超声反射成像,搭建了基于16×4阵元电容式微机械超声换能器(CMUT)面阵的反射成像系统。利用面阵上单个阵元发射、所有阵元接收的方式对硅油中的铝块进行了三维成像测试。采用B模式及二次谐波两种成像算法分别对... 详细信息

为实现非接触式三维超声反射成像,搭建了基于16×4阵元电容式微机械超声换能器(CMUT)面阵的反射成像系统。利用面阵上单个阵元发射、所有阵元接收的方式对硅油中的铝块进行了三维成像测试。采用B模式及二次谐波两种成像算法分别对来自铝块的反射信号进行处理,获取被测物的三维图像及对应的二维切片。基于16×4阵元CMUT面阵的反射成像系统能够确定铝块的位置,实验B模式图像和二次谐波图像中铝块与换能器的距离重建偏差分别为3.63%及1.47%。该系统可实现对被测物的三维反射成像,且三维反射图像中被测铝块的表面清晰可见,重建偏差小,信噪比高。

关键词：电容式微机械超声换能器(CMUT) 微电子机械系统(MEMS) 超声反射成像 B模式成像谐波成像

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基于迭代策略的自适应ADRC磁轴承控制仿真

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中北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 340-347页

作者：孙咏叶张艳兵刘鹏中北大学电气与控制工程学院太原030051 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

针对磁悬浮轴承位置控制过程中存在非线性耦合、内外部扰动不确定性的问题,提出了一种基于自抗扰控制的四自由度磁轴承迭代学习控制策略。首先依据四自由度磁悬浮轴承系统模型搭建自抗扰控制器,其次将估计的总扰动通过间接迭代控制在线... 详细信息

针对磁悬浮轴承位置控制过程中存在非线性耦合、内外部扰动不确定性的问题,提出了一种基于自抗扰控制的四自由度磁轴承迭代学习控制策略。首先依据四自由度磁悬浮轴承系统模型搭建自抗扰控制器,其次将估计的总扰动通过间接迭代控制在线调整扩张状态观测器的带宽,实现不同增益下观测器参数的自适应整定。Simulink仿真实验数据表明:系统约在0.14 s处达到稳定,加入干扰后约0.05 s恢复稳定;基于迭代控制的自适应ADRC四自由度磁悬浮轴承控制性能好,同时调节速度快,具有较强的抗干扰能力。经比例-微分型间接迭代学习控制律在线更新带宽后,超调量小且跟踪目标误差积分性能指标小。

关键词：四自由度磁悬浮轴承自抗扰控制间接迭代学习控制扩张状态观测器带宽

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电容式微机械超声换能器的声学封装方法

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微纳电子技术 2023年第12期60卷 1989-1995页

作者：卢小星何常德党荣崔建功张国军王任鑫杨玉华贾利成张文栋中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051

针对水下超声检测的迫切应用需求,提出了一种电容式微机械超声换能器(CMUT)水密封装方法,选用聚氨酯(PU)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)完成了CMUT封装。对封装后的CMUT主要性能参数进行测试和对比得出,PU和PDMS封装后的CMUT中心工作频率分别约... 详细信息

针对水下超声检测的迫切应用需求,提出了一种电容式微机械超声换能器(CMUT)水密封装方法,选用聚氨酯(PU)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)完成了CMUT封装。对封装后的CMUT主要性能参数进行测试和对比得出,PU和PDMS封装后的CMUT中心工作频率分别约为1.75和2.05 MHz,3 dB相对带宽比分别达到了97.14%和92.68%,展示出优异的宽频带特性。PU封装的CMUT最大发射电压响应和接收灵敏度较PDMS封装的CMUT分别高出0.14和1.21 dB,且其输出声压能力在1~20 cm范围内高于PDMS封装的CMUT。该研究结果验证了两种材料封装的CMUT都能够满足水下超声检测应用要求,为CMUT水密封装方法优化提供了理论和实验依据。

关键词：电容式微机械超声换能器(CMUT) 微电子机械系统(MEMS) 水下超声检测水密封装聚氨酯(PU) 聚二甲基硅氧烷(PDMS)

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基于行列寻址的压电超声换能器柔性曲面阵的研制

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微纳电子技术 2023年第5期60卷 786-792页

作者：秦芸王智豪张国军杨玉华何常德王任鑫中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051

锆钛酸铅(PZT)压电超声换能器材料由于其优异的压电性能而在微电子机械系统(MEMS)领域受到了广泛的关注。订制了边长4 cm的PZT压电陶瓷片,将压电陶瓷片与柔性印刷电路板(PCB)键合,将压电陶瓷片划成2.45 mm×2.45 mm的阵元,在沟槽内... 详细信息

锆钛酸铅(PZT)压电超声换能器材料由于其优异的压电性能而在微电子机械系统(MEMS)领域受到了广泛的关注。订制了边长4 cm的PZT压电陶瓷片,将压电陶瓷片与柔性印刷电路板(PCB)键合,将压电陶瓷片划成2.45 mm×2.45 mm的阵元,在沟槽内填充环氧树脂胶。将键合后的压电陶瓷片粘在曲面模具上,溅射金属形成上电极,制成14×14阵元的曲面阵,其曲率半径为10 cm。此曲面阵采用行列寻址(RCA)的方式可以在水中测到发射和接收信号,并且可以对体模进行脉冲回波成像,在超声成像领域有广阔的发展前景。制备的曲面阵可为研制直径20 cm的柱面阵提供参考。

关键词：压电超声换能器压电陶瓷片柔性印刷电路板(PCB) 曲面阵行列寻址(RCA)

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基于张量不变量及避免椭圆误差的定位方法研究

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电光与控制 2023年第3期30卷 54-57,69页

作者：荆志伟裴东兴郭德月中北大学电子测试技术国防科技重点实验室太原030000 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030000

针对目前广泛使用的基于磁梯度张量不变量的磁性目标定位方法未考虑椭圆系数的变化而导致定位精度降低这一问题,提出一种新的单位距离矢量求解方法和距离矢量模求解方法。通过分析磁性目标与测量系统之间的位置关系,构建新的单位距离矢... 详细信息

针对目前广泛使用的基于磁梯度张量不变量的磁性目标定位方法未考虑椭圆系数的变化而导致定位精度降低这一问题,提出一种新的单位距离矢量求解方法和距离矢量模求解方法。通过分析磁性目标与测量系统之间的位置关系,构建新的单位距离矢量,并通过麦克劳林公式和磁梯度张量不变量分别构建新的存在一阶误差与二阶误差的距离矢量模,避免未考虑椭圆系数变化而导致定位精度降低。仿真试验验证了所提方法较以前方法定位精度有明显提升,存在一阶误差与二阶误差的距离矢量模对定位精度的影响基本相同。该方法对进行探潜和未爆炸物的检测等方面具有较高的研究和应用价值。

关键词：磁性目标目标定位椭圆误差麦克劳林公式张量不变量定位

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