检索结果-内蒙古大学图书馆

仪器仪表学报 2025年

作者：李芬侯晓娟张欣富肖严何剑中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室

随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d33模式设计一种可... 详细信息

随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d33模式设计一种可精确测量X、Y、Z这3个方向力的压电式多维力传感器。传感器采用立方体结构,压电片分别与X、Y、Z轴垂直放置,实现多维力独立测量及自解耦。在COMSOLMultiphysics中对其参数和网格进行设置,模拟分析在不同方向施加载荷时整体结构的应力分布和变形,并结合微机控制电子万能试验机、传感器和信号采集设备,建立传感器三维测量系统,实现三维力的测量与分析。研究表明,各加载方向的力可通过合理设计传递路径准确作用于目标压电片,且可测试0～500N法向力（Z方向）及0～200N剪切力（X、Y方向）。所设计传感器具有较好动态响应能力、良好灵敏度、高精方向性及较稳定重复性,其中Z方向灵敏度0.080V/N,X方向灵敏度0.110V/N,Y方向灵敏度0.113V/N,且各方向串扰均<0.2%。所做研究在多维力测量领域具有广阔应用前景,为多维力传感器设计与优化提供重要实验数据和理论支持。

关键词： d 模式多维力传感器压电陶瓷有限元分析

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面向生物组装的连续型超声波微粒驱动分析

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应用声学 2025年

作者：朱子昊王红亮王学斌中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室

声学生物组装技术在解决人类医学中面临的组织、器官的损伤或功能衰竭问题中发挥着十分重要的作用，可以在非接触的情况下实现各类器官和组织的高效组装。该文面向生物制造技术下声学生物组装的需求背景，基于超声波相控阵相关原理，对... 详细信息

声学生物组装技术在解决人类医学中面临的组织、器官的损伤或功能衰竭问题中发挥着十分重要的作用，可以在非接触的情况下实现各类器官和组织的高效组装。该文面向生物制造技术下声学生物组装的需求背景，基于超声波相控阵相关原理，对超声波在生物组装进行了理论分析，建立了在二维下的连续型超声波声学生物组装模型，采用有限元法对连续型超声波作用下粒子的运动效果进行仿真，分析了超声波声场中粒子的受力情况及运动规律，研究了声场的不同参数对粒子的运动效果的影响。该研究为超声相控阵生物组装试验提供了理论参考。

关键词：生物制造声学生物组装超声波连续型微粒驱动

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谐振式光学微腔陀螺锁频及误差反馈技术研究

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电子测量技术 2025年

作者：李溢凡白禹张仕泽卜韩刘文耀中北大学仪器与电子学院中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室

针对谐振式光学微腔陀螺（RMOG）因环境温度与振动等因素导致的谐振频率漂移问题，本文提出了一种基于FPGA的高精度数字锁频及误差反馈技术研究方案。系统通过FPGA实现双相位调制与频差信号处理，结合20位数模转换器AD5791生成高精度反... 详细信息

针对谐振式光学微腔陀螺（RMOG）因环境温度与振动等因素导致的谐振频率漂移问题，本文提出了一种基于FPGA的高精度数字锁频及误差反馈技术研究方案。系统通过FPGA实现双相位调制与频差信号处理，结合20位数模转换器AD5791生成高精度反馈信号，利用PI控制器完成激光器频率对光波导谐振腔的实时追踪锁定，并引入基于误差反馈的实时输出补偿算法动态修正输出环路偏差。实验结果表明，该锁频系统响应时间为17.50 ms，锁频精度达48.51 Hz，显著提升了陀螺系统的动态性能与稳定性。相较于传统16位DAC方案，新系统在响应速度与锁频精度上分别提升了49.28%与72.10%，验证了数字化架构与双相位调制技术在抑制噪声和优化频谱分离中的有效性，为谐振式光学微腔陀螺的实用化提供了可靠的技术支持。

关键词：谐振式光学陀螺 FPGA 数字锁频双相位调制 AD5791 PI控制器误差反馈

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乳腺超声成像的相干最大化声速重建技术

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应用声学 2025年

作者：陶晓岩张文栋高丹陈丽娟石刚邵星灵中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室中北大学电气与控制工程学院

医学超声计算机断层扫描成像中，使用传统波束形成方法时，通常假设声速恒定(如 1540 m/s)。然而，软组织中声速的非均匀性会引入相位误差，显著降低图像分辨率，特别是在乳腺成像中尤为显著。目前的基于回波信号的声速估计方法大多依... 详细信息

医学超声计算机断层扫描成像中，使用传统波束形成方法时，通常假设声速恒定(如 1540 m/s)。然而，软组织中声速的非均匀性会引入相位误差，显著降低图像分辨率，特别是在乳腺成像中尤为显著。目前的基于回波信号的声速估计方法大多依赖于强散射点的特定分布或存在估计精度不足的问题。为此，该文提出一种基于环形阵列的相干最大化声速重建方法。该方法通过迭代计算相干因子权重图，并利用设定的阈值去除不合理的声速估计，最终提取每个成像点上相干因子最大值对应的声速，实现介质声速分布的重建。数值仿真探讨了不同参数对相干因子的影响，并分析了多层介质的声速重建结果，声速均方误差分别为10.3和11.7。物理实验表明，该方法能够准确估计声速分布，并将反射成像重建误差从13.0%降低至2.00%。该方法在复杂介质中的高精度声速估计及其对图像质量的提升，展现了其在医学成像中的重要应用潜力。

关键词：超声计算机断层扫描声速重建乳腺超声成像像差校正

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压敏电阻排布对压力传感器输出特性的影响

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微纳电子技术 2025年第6期62卷 60-67页

作者：王旦旦雷程闫施锦冀鹏飞梁庭中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室太原030051

通过有限元仿真分析,研究了压敏电阻排布对压力传感器输出特性的影响。使用COMSOL软件对传感器芯片进行了力电耦合分析,重点对比了在相同形状的膜片上将压敏电阻位置按常规排布和经过改进后排布时的输出特性差异,同时对比了不同形状膜片... 详细信息

通过有限元仿真分析,研究了压敏电阻排布对压力传感器输出特性的影响。使用COMSOL软件对传感器芯片进行了力电耦合分析,重点对比了在相同形状的膜片上将压敏电阻位置按常规排布和经过改进后排布时的输出特性差异,同时对比了不同形状膜片(方形膜、圆形膜、E型膜)上压敏电阻位置优化的趋势及其对输出特性的改善效果。通过对比分析发现,压敏电阻位置的优化能够显著提高传感器的输出电压和灵敏度,最小提升达到29.07%,最大提升可达到45.92%。此外,仿真结果还表明,压敏电阻位置的优化趋势普遍指向应力集中区域,特别是膜片的边缘和固支连接处,将压敏电阻布置于应力集中的区域能够显著改善传感器的响应性能。这项研究为进一步提升压力传感器的输出特性提供了理论依据和设计参考。

关键词：压敏电阻压力传感器力电耦合膜片形状输出电压应力集中区

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基于阻抗匹配的刚性曲面轴径向位移测试方法

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计量学报 2025年

作者：张文平李晨苗静极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室中北大学宽禁带半导体超越照明材料与技术全国重点实验室苏州科技大学机械工程学院

航空发动机部件在高温环境下因机械问题而引起失配异位导致运行失常，严重影响飞行安全。为了实现对恶劣环境下发动机刚性曲面轴的运行状态进行监测，提出了一种基于阻抗匹配和电涡流效应的刚性曲面轴径向位移无线测量方法，利用丝网印... 详细信息

航空发动机部件在高温环境下因机械问题而引起失配异位导致运行失常，严重影响飞行安全。为了实现对恶劣环境下发动机刚性曲面轴的运行状态进行监测，提出了一种基于阻抗匹配和电涡流效应的刚性曲面轴径向位移无线测量方法，利用丝网印刷和高温烧结工艺实现传感器探头的制备，位移信号通过探头与刚性曲面轴之间的电磁耦合进行无线传输到网络分析仪，位移量的变化导致S11（回波损耗）的变化。测试结果表明，常温条件下在0～15mm位移范围内位移量与S11严格单调，验证了该方法在刚性曲面轴位移无线测量的可行性；在200 ℃高温环境下，位移传感器的分辨率可达10 μm，最大重复性误差为1.16%和最大相对误差为1.19%。

关键词：力学计量阻抗匹配刚性曲面轴径向位移电涡流效应

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面向CMUT环形阵列的超声成像系统设计

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微纳电子技术 2025年第6期62卷 27-34页

作者：吴帅琦何常德孙帅文柴翰驰罗梦珂张文栋中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室太原030051

电容式微机械超声换能器(CMUT)具有频带宽、成本低、易于与电路集成等优点,在超声环形阵列的构建中展现出独特优势,在医学成像领域有广泛的应用潜力。基于自主研制的一种CMUT环形阵列结构,设计并搭建了多通道超声成像系统。该系统设计... 详细信息

电容式微机械超声换能器(CMUT)具有频带宽、成本低、易于与电路集成等优点,在超声环形阵列的构建中展现出独特优势,在医学成像领域有广泛的应用潜力。基于自主研制的一种CMUT环形阵列结构,设计并搭建了多通道超声成像系统。该系统设计了以现场可编程门阵列(FPGA)为主控的32通道超声收发板卡,采用PXIe高性能模块化设计,通过N张板卡实现32×N个通道的脉冲发射与超声回波采集,且支持最低几百kHz至最高65 MHz的采样率,适配不同CMUT的中心频率。通过对亚克力圆柱体进行成像测试,表明系统具有良好的性能。该系统具有可扩展的模块化硬件结构与高度灵活的参数配置方案,为基于CMUT的多通道医学超声成像系统的实际应用提供了技术支撑。

关键词：电容式微机械超声换能器(CMUT) 现场可编程门阵列(FPGA) 环形阵列系统设计超声成像

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融合最大似然-小波与ICEEMDAN的电磁炮加速度自适应解析与重构

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电子测量与仪器学报 2025年第3期39卷 177-189页

作者：赵永壮孙传猛裴东兴师浩伟王宇中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051 华东光电集成器件研究所蚌埠233000

获取准确的弹丸加速度对评估电磁炮性能至关重要。然而,弹丸在膛内与出炮口受到迥异的环境因素影响,使得加速度信号在膛内与出炮口阶段具有不同的模态特征,导致常规的基于全局的非线性非平稳信号处理方法失效。因此,提出融合最大似然-... 详细信息

获取准确的弹丸加速度对评估电磁炮性能至关重要。然而,弹丸在膛内与出炮口受到迥异的环境因素影响,使得加速度信号在膛内与出炮口阶段具有不同的模态特征,导致常规的基于全局的非线性非平稳信号处理方法失效。因此,提出融合最大似然-小波与改进完全自适应噪声集合经验模态分解的电磁炮加速度自适应解析与重构方法,以期获得准确的电磁炮加速度:首先,通过最大似然-小波自适应地寻找在各时间区域的模态差异,实现信号分区;其次,采用改进完全自适应噪声集合经验模态分解方法对分区信号进行自适应分解;最后,基于t检验提取有效模态分量进行信号重构,实现有效电磁炮加速度的准确提取。相关实验表明,均方根误差改进率均大于0,相关系数提高至0.6731,信噪比提高至3.8614,相较于常规的全局性处理方法,避免了部分区域过分解或分解不彻底的问题,实现了电磁炮加速度的准确提取。

关键词：电磁炮弹丸加速度数字信号处理最大似然准则小波变换模态分解

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面向陌生环境的机器人运动感知与仿生类脑导航方法

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飞控与探测 2025年

作者：苏李澎刘晓晨沈寅松申冲极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室中北大学仪器与电子学院

随着机器人技术的不断进步，机器人在陌生环境下的自主导航能力成为研究的热点问题，传统的导航方法依赖于已知的环境地图信息或通过与预设节点的匹配来确定具体位置信息。然而，在缺乏先验地图信息或无法获取卫星信号的情况下，这些方... 详细信息

随着机器人技术的不断进步，机器人在陌生环境下的自主导航能力成为研究的热点问题，传统的导航方法依赖于已知的环境地图信息或通过与预设节点的匹配来确定具体位置信息。然而，在缺乏先验地图信息或无法获取卫星信号的情况下，这些方法难以应对复杂且动态变化的环境。为了解决这一挑战，本文提出一种基于运动感知与仿生类脑导航的新型方法。通过模拟哺乳动物大脑的导航机制，结合仿生偏振定向系统和基于特征点描述子的节点检测方法，实现了在陌生环境下对载体的高效自主定位。通过在丛林、乡村道路、城市巷道等不同环境下开展定性与定量实验，验证本文方法的可行性与有效性。定量实验结果表明，所提出的方法的绝对定位误差相较于OpenRatSLAM提升了60%。定性实验结果表明，所提出的方法在陌生复杂环境下的定位误差更小，且环境适应能力更强。

关键词：自主定位类脑导航经验地图同步定位与建图(SLAM)

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面向车辆动态监测的低频振动能量收集器

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测试技术学报 2025年

作者：郭家栋宋晓光何剑中国航天科技集团有限公司中北大学极限环境光电动态测试技术与仪器全国重点实验室

在环境中捕获宽带随机振动能量为车辆上的各类传感器和监控设备供电是一种潜在的有效途径。然而，传统能量采集器难以实现稳定的输出，这给能量管理电路的设计带来了挑战。提出了一种面向车辆动态监测的低频振动能量收集器，包括配重单... 详细信息

在环境中捕获宽带随机振动能量为车辆上的各类传感器和监控设备供电是一种潜在的有效途径。然而，传统能量采集器难以实现稳定的输出，这给能量管理电路的设计带来了挑战。提出了一种面向车辆动态监测的低频振动能量收集器，包括配重单元、齿轮箱和发电机组成。配重单元有效感知低频微弱振动，通过齿轮箱的内嵌和外嵌收紧储能系统实现能量储存与释放，最终由发电轮系实现能量的定量释放，从而实现振动能向电能的高效转化，为传感系统提供持续供电。实验表明，该采集器能够有效采集3～18 Hz范围内的宽频振动，在谐振频率为6 Hz时，采集器单次释放的最大平均功率为34.9 mW，输出能量为58 mJ，能将22 mF的电容在100 s内充电至10.95 V。此技术在车辆运行过程中能够高效收集低频振动能量，对微能源采集技术的发展具有深远的指导意义。

关键词：低频随机振动宽频振动定量释放能量采集器动态监测系统

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