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第十届全国信息获取与处理学术会议

作者：李昊陈志勇董永贵清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京 100084 清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京 00084

针对基于位移电容转换方式的微机电系统敏感器件，理论分析了检测极板电容及分布电容对电荷放大器噪声性能的影响，并且使用仿真和实验方法验证了分析结果。研究表明，对于检测极板电容值较大的微机电结构，运放的等效输入噪声电压是电... 详细信息

针对基于位移电容转换方式的微机电系统敏感器件，理论分析了检测极板电容及分布电容对电荷放大器噪声性能的影响，并且使用仿真和实验方法验证了分析结果。研究表明，对于检测极板电容值较大的微机电结构，运放的等效输入噪声电压是电荷放大器的主要噪声来源。此时电荷放大器的输出端噪声随输入端电容增大显著增大，两者成线性关系。检测极板电容值较小时，采用分立元件组成的电荷放大器中，电路中信号耦合所导致的本底噪声是主要的噪声来源，印刷电路扳的设计将是影响微小电容检测分辨率的关键。

关键词：电荷放大器电容噪声控制微机电系统

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两片式集成MEMS加速度计设计与实验研究

两片式集成MEMS加速度计设计与实验研究

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将机构学理论和方法全面深入地加以应用，推动机械产品的自主创新——惯性技术发展动态发展方向研讨会——新世纪惯性技术在国民经济中的应用

作者：刘民杰刘云峰董景新清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室

本文采用敏感结构与测控ASIC两片式方案,通过系统封装技术设计实现了电容式开环集成MEMS加速度计,既有效减小MEMS加速度计尺寸,降低了功耗,又显著提高了可靠性、一致性。在设计实现电容式集成开环MEMS加速度计的基础上,选择1只集成开环... 详细信息

本文采用敏感结构与测控ASIC两片式方案,通过系统封装技术设计实现了电容式开环集成MEMS加速度计,既有效减小MEMS加速度计尺寸,降低了功耗,又显著提高了可靠性、一致性。在设计实现电容式集成开环MEMS加速度计的基础上,选择1只集成开环加速度计对噪声水平、零偏稳定性和温度敏感度进行了详细的实验验证,实验结果表明:噪声基底优于53.1μg/rt-Hz,3.5s零偏稳定性优于0.164mg,全温(-40℃～60℃)范围内零偏综合误差优于±5mg。

关键词：集成MEMS加速度计噪声基底专用集成电路零偏稳定性

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微机械加速度计抗冲击能力的霍普金森杆实验测试方法

微机械加速度计抗冲击能力的霍普金森杆实验测试方法

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将机构学理论和方法全面深入地加以应用，推动机械产品的自主创新——惯性技术发展动态发展方向研讨会——新世纪惯性技术在国民经济中的应用

作者：陶永康刘云峰董景新清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室

微机械加速度计抗冲击能力的应用需求日益提高。设计分析了霍普金森杆的冲击实验技术,通过改变压杆布置方式和调节缓冲垫片,整形得到幅值几千g、脉宽200～500μs左右的半正弦波冲击信号。利用搭建的测试系统进行了一种定齿偏置梳齿式微... 详细信息

微机械加速度计抗冲击能力的应用需求日益提高。设计分析了霍普金森杆的冲击实验技术,通过改变压杆布置方式和调节缓冲垫片,整形得到幅值几千g、脉宽200～500μs左右的半正弦波冲击信号。利用搭建的测试系统进行了一种定齿偏置梳齿式微机械加速度计的冲击实验,分析了冲击前后微结构保持完整的加速度计开环性能的变化情况。实验结果表明,冲击后开环标度因数基本没有变化,零偏则变动较大。霍普金森杆是一种有效的MEMS传感器抗冲击测试手段,研究微机械加速度计的抗冲击能力需要进一步关注传感器冲击后的性能变化。

关键词：微机械加速度计霍普金森杆抗冲击开环性能

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一种应用热释电红外探测器的人体运动计数

一种应用热释电红外探测器的人体运动计数

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第十届全国信息获取与处理学术会议

作者：于俊慧董永贵清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京 100084

热释电红外(PIR)探测器能够感知人体运动引起的红外辐射变化。实验表明当人在PIR探测器前运动时，PIR探测器所产生的模拟信号峰主要对应人体裸露部分的运动，计量信号中波峰波谷的数目即可得到人体运动的次数。在此基础上设计了一种低... 详细信息

热释电红外(PIR)探测器能够感知人体运动引起的红外辐射变化。实验表明当人在PIR探测器前运动时，PIR探测器所产生的模拟信号峰主要对应人体裸露部分的运动，计量信号中波峰波谷的数目即可得到人体运动的次数。在此基础上设计了一种低成本、低功耗的人体运动计数器。将PIR探测器产生的人体动作信号放大后进行模数转换，利用单片机对PIR探测器产生的信号进行分析。设计了一种低运算量的数峰算法，进行实时数峰。测试结果表明该系统能够稳定、准确运行，辅助室内运动。

关键词：热释电红外探测器人体运动计数器模数转换信号分析

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一种用于微机械系统电容检测的模拟前端设计

一种用于微机械系统电容检测的模拟前端设计

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第十二届全国敏感元件与传感器学术会议

作者：李昊陈志勇董永贵清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

针对基于位移电容转换方式的微机械系统中微小电容检测需要,设计了一种具有结构简单、工作频率低、对分布电容不敏感等优点的模拟前端放大器.重点分析了该前端放大器电容检测原理,推导了电容检测分辨率的公式,讨论了电路整体结构设计、... 详细信息

针对基于位移电容转换方式的微机械系统中微小电容检测需要,设计了一种具有结构简单、工作频率低、对分布电容不敏感等优点的模拟前端放大器.重点分析了该前端放大器电容检测原理,推导了电容检测分辨率的公式,讨论了电路整体结构设计、参数选择和提高抗共模干扰能力等主要问题.试验结果表明:该模拟前端放大器输出信号电压幅值与微机械结构位移之间有很好的线性关系,电容检测分辨率优于2.5x10-18F/√Hz,并且能够有效地减弱共模干扰,满足微小电容检测要求.

关键词：微机械系统微小电容检测模拟前端放大器分辨率

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一种宽量程的电涡流位移传感器

一种宽量程的电涡流位移传感器

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第十二届全国敏感元件与传感器学术会议

作者：刘存跃董永贵清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

将一只电感线圈与电容首尾相连组成无源谐振器,同轴放置于电涡流位移传感器探头顶部.该谐振器与测量电路间无电气连接,具有较高的品质因数.设计了一个系统化的调理电路,采用略低于谐振器固有频率的稳幅交变电流源,产生激励信号加载到电... 详细信息

将一只电感线圈与电容首尾相连组成无源谐振器,同轴放置于电涡流位移传感器探头顶部.该谐振器与测量电路间无电气连接,具有较高的品质因数.设计了一个系统化的调理电路,采用略低于谐振器固有频率的稳幅交变电流源,产生激励信号加载到电涡流传感器探头上,并用峰值检测电路拾取探头上的电压响应信号,以实现位移测量.针对制作的直径8mm电涡流传感器探头,选用碳钢、不锈钢和铝板分别作为待测目标金属,进行了位移测量实验.结果表明,该位移测试系统线性范围可以达到探头直径的50％.

关键词：电涡流位移传感器电磁耦合谐振器调理电路

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SOC在线性调频连续波高度表中的应用

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制导与引信 2012年第2期33卷 44-47页

作者：孟庆虎陶青长梁志恒王涛凯迈(洛阳)测控有限公司河南洛阳471009 清华大学精密仪器与机械学系清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

介绍了一种基于数字化SOC平台的线性调频连续波高度表。SOC在XILINX FP-GA中搭建实现,主要包括CPU、中断控制、数字信号处理模块和CAN总线通信协议等模块,所有功能模块都挂接在PLB总线上。高度表使用SOC实现信号处理、目标高度搜索和跟... 详细信息

介绍了一种基于数字化SOC平台的线性调频连续波高度表。SOC在XILINX FP-GA中搭建实现,主要包括CPU、中断控制、数字信号处理模块和CAN总线通信协议等模块,所有功能模块都挂接在PLB总线上。高度表使用SOC实现信号处理、目标高度搜索和跟踪模式控制以及通信等功能。采用这种设计的高度表具有集成度高、结构简单和可靠性高等优点。

关键词：线性调频高度表现场可编程门阵列

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非对等FOV作用下的高分辨率FTIRS仪器线型函数研究

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光谱学与光谱分析 2011年第12期31卷 3403-3406页

作者：任利兵尉昊赟张亚李岩清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

视场角(FOV)是仅次于最大光程差、决定高分辨率傅里叶红外光谱仪(FTIRS)仪器线型函数(ILS)的重要因素。由于光学设计和装调原因,理论为圆形FOV的扩散光束,到达探测器端时,其水平和垂直方向上的FOV值往往不再严格对等。对此,提出了以椭... 详细信息

视场角(FOV)是仅次于最大光程差、决定高分辨率傅里叶红外光谱仪(FTIRS)仪器线型函数(ILS)的重要因素。由于光学设计和装调原因,理论为圆形FOV的扩散光束,到达探测器端时,其水平和垂直方向上的FOV值往往不再严格对等。对此,提出了以椭圆形面光源取代传统文献中的圆形面光源来反映这种非对等性,并结合最大光程差参数,给出了非对等FOV作用下的高分辨率FTIRS仪器线型函数的数学和图形表述。通过比较高分辨率FTIRS实测CO标气获得的光谱,与非对等FOV、对等FOV作用下的理论光谱,发现非对等FOV作用下的理论谱与实测谱的差谱RMS值较对等FOV获得的差谱RMS值更小,在最大吸收峰附近的差谱变化更为平缓。表明了这种非对等FOV作用下的ILS函数,较对等FOV作用下的ILS函数能更精确的反映高分辨率FTIRS对谱线的真实响应。

关键词：非对等视场角傅里叶红外光谱仪仪器线型函数高分辨率

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多区间主成分交互验证法用于气体光谱定性分析

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光谱学与光谱分析 2011年第4期31卷 997-1000页

作者：任利兵尉昊赟李岩清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

提出了一种多区间主成分交互验证法。该方法根据目标气体的光谱特征吸收峰,在全光谱范围内划分出多个特征波数区间,同时,对单组分气体构成的参考光谱矩阵在划分出的特征波数区间内做主成分分析,依据特征波数区间内累计贡献率大于99%的... 详细信息

提出了一种多区间主成分交互验证法。该方法根据目标气体的光谱特征吸收峰,在全光谱范围内划分出多个特征波数区间,同时,对单组分气体构成的参考光谱矩阵在划分出的特征波数区间内做主成分分析,依据特征波数区间内累计贡献率大于99%的主分数和单组分气体在特征区内光谱最大值的排序,识别出目标气体可能含有的组分,再提取这些可能组分的特征波数区,将这些区间与目标气体的特征波数区间逐一比对,以确认或排除目标气体实际含有的组分。由于在多个特征吸收区间上进行主成分分析,避免了组分"漏选"现象;由于使用了组分光谱特征波数区与目标气体光谱特征波数区的匹配验证,避免了组分"多选"的可能。模拟和实验数据表明,该方法可对多组分的目标气体进行准确有效的定性。

关键词：主成分分析红外光谱定性分析多区间

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制冷双CCD采集系统在SPR成像中的应用

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仪器仪表学报 2011年第8期32卷 1751-1756页

作者：张玮邓焱王大千丁丽丽余兴龙清华大学精密仪器及机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

SPR双分差动干涉成像检测法既可实现高通量,又可提高折射率分辨率,能满足蛋白质组学和药物发现与开发的迫切需要。然而,如何高灵敏度获取干涉图像信号却是面临的技术难题。展示了一种制冷双CCD同时曝光采集系统,可同时采集2帧相位差为18... 详细信息

SPR双分差动干涉成像检测法既可实现高通量,又可提高折射率分辨率,能满足蛋白质组学和药物发现与开发的迫切需要。然而,如何高灵敏度获取干涉图像信号却是面临的技术难题。展示了一种制冷双CCD同时曝光采集系统,可同时采集2帧相位差为180°的干涉图像,解算后得到反映传感表面上发生生物分子相互作用时引起的折射率变化分布,经解析得到生物分子的特征参数。制冷CCD使暗电流噪声显著减小,有效提高检测分辨率;利用FPGA产生CCD控制信号,保证双CCD同时曝光,避免分时采集中光源光强波动引起的误差。以盐水为试剂,对系统的分辨率进行了检测,实验结果表明,该采集系统具有低噪声,无相移误差及效率高等优点,使SPR检测系统的分辨率达到2×10-6 RIU,满足了要求。

关键词：表面等离子体共振制冷CCD 图像采集分子相互作用

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