检索结果-内蒙古大学图书馆

光学技术 2023年第3期49卷 305-310页

作者：安国文王立志牛慧青匡江平张彦军李秀源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

结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及军事工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的... 详细信息

结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及军事工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小,导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元,并对Sagnac环的感压部分进行封装,通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0~2.4MPa内,压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa,分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器,其压力灵敏度放大了16.7倍。此外,传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点,为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。

关键词：保偏光子晶体光纤萨格纳克干涉游标效应光纤压力传感器

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高频率分辨的金刚石氮-空位色心宽频谱成像技术

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物理学报 2024年第6期73卷 339-348页

作者：申圆圆王博柯冬倩郑斗斗李中豪温焕飞郭浩李鑫唐军马宗敏李艳君伊戈尔·费拉基米罗维奇·雅明斯基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 中北大学半导体与物理学院太原030051 中北大学量子传感与精密测量山西省重点实验室太原030051 太原工业学院电子工程系太原030008 日本大阪大学工学研究科大阪5650871 俄罗斯国立莫斯科大学先进技术中心莫斯科119311

高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基... 详细信息

高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基于NV色心作为探测器的宽频谱分析仪能够在几十GHz频带内进行实时频谱分析,然而其频率分辨率仅达到MHz水平.本文通过搭建结合连续外差技术的量子金刚石微波频谱成像系统,利用磁场梯度对NV色心谐振频率进行空间编码,成功获取了900 MHz—6.0 GHz范围内完整的频谱数据.在可测频谱范围内,系统进一步采用连续外差的方法,同时施加谐振微波和轻微失谐的辅助微波对NV色心进行有效激发,增强了NV磁强计对微弱微波信号的响应.该方法使系统在可测频谱范围内实现了1 Hz的频率分辨率,并能够对间隔为1 MHz扫频步进的多个频点的频率分辨率进行单独测量.以上研究结果表明基于NV色心的宽频谱测量可实现Hz级频率分辨,为未来的频谱分析和应用提供了有力的技术支持.

关键词：氮-空位色心宽频谱测量高频率分辨率

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参数自适应的NC-AFM悬臂控制系统设计

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电子测量技术 2025年

作者：曾德超姚志飞孙秋园赵波慧马宗敏中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室中北大学半导体与物理学院中北大学仪器与电子学院

由于非接触原子力显微镜的成像精度在很大程度上依赖于用于保持悬臂梁恒幅振荡的谐振频率解调与反馈回路的性能。为提升谐振频率的解调和反馈环路的性能，本文设计了一种参数自适应悬臂控制系统，对传统锁相环和幅度比例积分控制器的结... 详细信息

由于非接触原子力显微镜的成像精度在很大程度上依赖于用于保持悬臂梁恒幅振荡的谐振频率解调与反馈回路的性能。为提升谐振频率的解调和反馈环路的性能，本文设计了一种参数自适应悬臂控制系统，对传统锁相环和幅度比例积分控制器的结构进行了改进，分别引入最小均方算法和单神经元PID算法，实现了系统关键参数的自适应调节。通过系统测试与实验验证，该方法成功实现了对微悬臂梁的稳定控制，将锁相环的频率锁定时间从41 ms缩短至32 μs，频率分辨率提升至0.04 Hz。同时，该系统有效抑制了悬臂梁振荡状态的发生，显著改善了成像实验中的非线性失真现象。最后进行了镀层表面应用测试，有效的测量出镀层厚度为50 nm。

关键词：非接触原子力显微镜参数自适应控制锁相环悬臂

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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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一种基于稀疏先验的低剂量CT深度展开网络

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：王悦张雄上官宏崔学英张鹏程桂志国太原科技大学电子信息工程学院中北大学动态测试技术省部共建国家重点实验室

近年，深度迭代展开网络由于其可解释性高和学习能力强的特点受到了广泛关注。现有CT图像重建方法的正则化项大多只关注某一类域中的信息，重建结果常存在边缘模糊等信息丢失的问题。因此提出了一种基于稀疏先验的深度展开网络用于进行... 详细信息

近年，深度迭代展开网络由于其可解释性高和学习能力强的特点受到了广泛关注。现有CT图像重建方法的正则化项大多只关注某一类域中的信息，重建结果常存在边缘模糊等信息丢失的问题。因此提出了一种基于稀疏先验的深度展开网络用于进行稀疏角度CT重建。考虑到像素域信息和变换域信息都对图像重建具有重要作用，构建了结合变换域稀疏正则化项和像素域一致性正则化项两种具有信息互补作用的正则化项，并据此重新设计了稀疏角度CT重建的目标函数。此外，根据所构建的目标函数进行了迭代优化求解，并将得到的一系列约束关系映射为一个新的深度展开网络用于低剂量CT图像的迭代重建。实验结果表明，本文算法得到的重建结果与目前领先的重建算法相比平均峰值信噪比（PSNR）提高了5.4%，视觉信息保真度（VIF）提高了38.2%。

关键词：计算机断层扫描(CT) 稀疏角度CT重建正则化项深度展开网络迭代重建

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用于E型薄膜制备的双掩膜工艺研究

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压电与声光 2024年第4期46卷 505-510页

作者：郝一鸣雷程王涛龙余建刚冀鹏飞闫施锦梁庭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 成都天奥电子股份有限公司四川成都610037

在高温压力传感器中,与C型膜片相比,E型膜片的稳定性强,非线性误差小,相同挠度下灵敏度高。在微机电系统(MEMS)工艺流程中薄膜制备较重要,其形貌结构对传感器的性能影响较大。但E型薄膜的制备过程较难,为制备出形貌良好的E型(硅岛)薄膜... 详细信息

在高温压力传感器中,与C型膜片相比,E型膜片的稳定性强,非线性误差小,相同挠度下灵敏度高。在微机电系统(MEMS)工艺流程中薄膜制备较重要,其形貌结构对传感器的性能影响较大。但E型薄膜的制备过程较难,为制备出形貌良好的E型(硅岛)薄膜,采用深反应离子刻蚀机,以SF_(6)为主要刻蚀气体,通过改变掩模材料对制备工艺进行优化改进,使用共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对刻蚀后的形貌进行表征。实验表明,通过使用ROL-7133负胶和SiO_(2)双掩膜,前烘90 s,中烘120 s,显影50 s,得到了硅岛高度为50μm、背腔深度为450μm的E型薄膜,垂直度较高且整体形貌较好,符合传感器制作要求。

关键词：双掩膜 E型薄膜深反应离子刻蚀刻蚀比刻蚀形貌

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可调谐探针起振系统设计

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国外电子测量技术 2023年第4期42卷 80-85页

作者：温阳陈纵横冯婕舒鹏丽马宗敏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

为了兼顾非接触式原子力显微镜(noncontact atomic force microscope,NC-AFM)更高谐振频率探针的使用需求,并通过提高控制器精度进而提高NC-AFM分辨率,提出了一种基于探针-样品间原子作用力变化的全数字可调谐NC-AFM高分辨率探针起振系... 详细信息

为了兼顾非接触式原子力显微镜(noncontact atomic force microscope,NC-AFM)更高谐振频率探针的使用需求,并通过提高控制器精度进而提高NC-AFM分辨率,提出了一种基于探针-样品间原子作用力变化的全数字可调谐NC-AFM高分辨率探针起振系统。在Simulink环境下对探针起振系统的控制部分进行了设计,通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了鉴相,滤波,锁频等功能;采用压电陶瓷片驱动探针振动,设计了操作便捷的探针座。将不同频率正弦信号提供给设计的起振系统进行功能性验证,实验结果表明,系统可以在20 kHz~50 MHz频率范围内跟踪探针谐振频率;最后使用起振系统成功使商用探针在谐振频率处振动,准确测出了探针的谐振频率及振动幅值,系统频率分辨率达到了0.1 Hz。

关键词：非接触式原子力显微镜(NC-AFM) 起振谐振频率数字锁相环压电陶瓷

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基于采样保持原理的高精度电导率检测电路

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仪表技术与传感器 2023年第12期 37-43页

作者：张炳玮沈三民杜延墨郭杨盛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

文中设计了一种基于采样保持原理的高精度量程自适应电导率检测电路,以双极性交流方波作为激励信号源,通过采样保持的方法对电导池两端的交流电压及流经电导池的交流电流信号差分化并进行采集,同时使用铂电阻作为温度传感器对测量得到... 详细信息

文中设计了一种基于采样保持原理的高精度量程自适应电导率检测电路,以双极性交流方波作为激励信号源,通过采样保持的方法对电导池两端的交流电压及流经电导池的交流电流信号差分化并进行采集,同时使用铂电阻作为温度传感器对测量得到的电导率进行温度补偿。双极性交流方波激励信号有效降低了交流正弦信号作为激励源时电极电容效应和极化效应所引起的误差,差分式采样保持电路减少了外界环境变化引起的电路噪声,量程自适应电路保证了电导率测量的宽量程,通过上述方法弥补了传统电导率测量电路定量程、测量范围窄、精度低的缺点。测试结果表明:文中设计的电导率测量电路测量范围为0.1~40 000μS/cm,重复性误差小于1%,测量基线噪声小于0.25 nS/cm。

关键词：采样保持高精度量程自适应电导率测量

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基于光偏转原理的AFM光电检测系统设计

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传感器与微系统 2024年第3期43卷 76-79页

作者：王旭东温阳王慧云秦丽温焕飞马宗敏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 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

利用光偏转原理设计并实现了原子力显微镜(AFM)的光电检测系统,研究了影响光偏转噪声的影响因素。设计了新型螺旋式嵌套结构调节准直光斑,使激光发散角降低到0.053°,利用压电陶瓷特性设计了高精度三维调节结构,可以在α,β,γ方向... 详细信息

利用光偏转原理设计并实现了原子力显微镜(AFM)的光电检测系统,研究了影响光偏转噪声的影响因素。设计了新型螺旋式嵌套结构调节准直光斑,使激光发散角降低到0.053°,利用压电陶瓷特性设计了高精度三维调节结构,可以在α,β,γ方向精准调节偏转角度,36mm的聚焦焦距满足了小型化、集成化的设计目标。基于该高灵敏度光电检测系统的设计,AFM系统得到了清晰的硅材料表面台阶结构,系统分辨率达到了0.1nm,为今后的亚原子测量奠定了实验基础。

关键词：原子力显微镜光偏转准直调节压电陶瓷

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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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