基于CMOS图像传感器的可见光遥感相机原型系统设计

遥感器是遥感技术应用的基础设备,它决定了遥感系统的成像质量。介绍了光电传感器在可见光遥感中的应用,阐述了光电遥感器的结构与关键技术,提出了CMOS数字传感器在遥感领域应用中所具有的优势,设计并实现了基于CMOS传感器的光电成像原型系统。结果表明,遥感相机的图像获取、数据存储的基本功能为CMOS在可见光遥感应用中的相关问题提供了研究平台和技术储备。     

纳米多晶硅薄膜电阻压力和加速度多功能传感器（英）

基于纳米多晶硅薄膜电阻的多功能传感器由压力传感器和加速度传感器构成。纳米多晶硅薄膜电阻构成的两个惠斯通电桥结构分别设计在方形硅膜表面和悬臂梁根部。采用MEMS技术和CMOS工艺在〈100〉晶向单晶硅片上实现压力/加速度传感器芯片制作,利用内引线技术将芯片封装在一个印刷电路板（PCB）上。在室温下,工作电压为5.0 V时,实验结果给出压力传感器灵敏度(a=0)为1.0 mV/kPa,加速度传感器灵敏度(p=0)为0.92 mV/g,可实现外加压力和加速度的测量,具有较好的灵敏度特性且交叉干扰较弱。     

基于光纤锥和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉湿度传感器

介绍了一种简单且灵敏度较高的Mach-Zehnder干涉湿度传感器.将单模光纤和多模光纤渐变熔接光纤锥,色散补偿光纤被熔接在两个多模渐变光纤之间,形成了单模光纤-光纤锥-多模渐变光纤-色散补偿光纤-多模渐变光纤-光纤锥-单模光纤结构的传感器.光纤锥起到了增加包层模能量的作用,两个多模渐变光纤节点作为光耦合器,从而形成光纤Mach-Zehnder干涉仪.外界环境湿度的变化,将使得传感器透射谱能量发生变化,通过测量干涉谱波峰峰值能量实现对湿度的测量.实验结果表明干涉谱波峰峰值能量与环境湿度之间存在良好的线性关系.当环境湿度在35%RH—85%RH范围内变化,一段由20 mm色散补偿光纤组成的传感器,其灵敏度为-0.0668 dB/%RH,相关度为0.995.该传感器结构紧凑、尺寸小、制造工艺简单,这使其可以被广泛用于湿度测量.     

用于LiDAR的16×1列阵CMOS单光子TOF图像传感器

设计了一款用于激光雷达的CMOS单光子飞行时间图像传感器.该传感器集成了16个结构优化的单光子雪崩二极管像素和一个双计数器结构的13-bit时间数字转换器电路.每个像素单元包括一个新型的主动淬灭-恢复电路.该设计通过优化器件的保护环来降低器件的暗噪声;带有反馈回路的主动淬灭-恢复电路用于降低死时间;时间数字转换器采用双计数器结构来避免计数器的亚稳态导致的计数错误.基于CMOS 180nm标准工艺制作了该传感器.测试结果表明:在1V的过偏压下,单光子雪崩二极管列阵的中值暗计数率为8kHz;在550nm波长光照下探测效率最高,为18%;设计的主动淬灭-恢复电路将死时间有效降低至8ns;时间数字转换器的分辨率为416ps,帮助整个系统实现厘米级距离分辨率.该传感器在0.5m距离下实现了空间分辨率为320×160的深度图像,其测距的最大非线性误差为1.9%,准确度为3.8%.     

金属—Al2O3—硅结构湿度传感器

金属-Al2O3-硅结构(以下简称Si-MOS)电容型湿度传感器主要用于三个方面:微电子器件及IC气密封装内腔气相湿度的非破坏性检测;器件及IC封装工艺保护气氛湿度的在线监测;各种永久性气体中微量水分的连续监测.在物理研究中,还可对混合气相中的水分压进行连续检测. 微电子器件封壳内的水汽含量过高,会使器件或IC发生金属弥散、MOS反型、布线长毛分枝以及其他失效;估计因湿气过高所导致的失效要占器件总失效的50%以上.Si-MOS湿度传感器正是为了满足这种检测需要和控制工艺过程而发明的,因此具有重大的实用意义. 一般高可靠性器件的内腔体…     

不同材料CMOS阵列电串扰特性的分析及比较

从传感器的响应及电子扩散原理分析了影响CMOS阵列串扰特性的几个主要因素。选择了锗、硅、砷化镓这几种常见的光电材料,分析并比较了材料特性对CMOS阵列串扰特性的影响。具体分析了三种光电材料在各自光谱响应峰值波长下,不同入射条件和结构参数对应电串扰的输出情况。结果表明:在相同条件下,锗材料制作的CMOS阵列具有最大的电串扰输出,在结构条件一致的前提下,入射光的功率在200μW时,锗材料CMOS阵列的串扰比硅和砷化镓材料分别高了58.97 mV、115.81 mV。结构参数对不同材料CMOS阵列具有相同的影响规律,但是锗材料CMOS的串扰变化最为显著,在其他参数不变的情况下,耗尽层宽度为1μm时,锗材料CMOS的串扰输出比硅和砷化镓材料的分别高了56.67mV、121.84 mV。分析结果为CMOS阵列材料的选择及串扰抑制技术提供了参考数据。     

基于C#的湿度传感器校准平台设计

针对大量湿度传感器出厂或使用前需要定标或进行误差补偿的技术需求,本文基于C#语言和SQL数据库技术,构建了一种采用传感器融合算法的大批量湿度传感器数据自校准平台。首先通过饱和盐溶液构建标准湿度环境,然后通过MT4080D数字电桥对待校准湿度传感器进行多次测量,之后把测量值矩阵和标准值导入基于最小二乘和加权融合算法的平台进行处理,得到不同固定点湿度环境下传感器标定和补偿的校准数据。该设计实现了操作简单,成本低廉,响应时间短,运算速度快的湿度传感器的软件校准算法平台,具有一定实际应用价值。     

基于CCD与CMOS的图像传感技术

概述了CCD图像传感器的原理、特点及发展趋势。对CMOS图像传感器的结构和工作原理,尤其是CMOS与CCD两类图像传感之间的不同进行综述。重点介绍了CMOS图像传感器的研究现状和发展趋势。     

~(60)Co-γ射线辐照CMOS有源像素传感器诱发暗信号退化的机理研究

对某国产0.5μm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)N阱工艺CMOS有源像素传感器的电离总剂量效应进行了研究,通过60Co-γ射线辐照试验,着重分析了对辐射最敏感的暗信号和暗信号非均匀性随总剂量退化的物理机理.实验发现,随着辐照剂量的增加,暗信号和暗信号非均匀性显著退化,并且静态偏置条件下器件的辐射损伤最大.暗信号退化的主要原因是光电二极管pn结和复位晶体管源端N+/Psub结表面边界周围的SiO2产生了大量的界面态;暗信号非均匀性显著退化是由于光电二极管的暗信号增大引起.上述工作可为深入研究CMOS有源像素传感器的抗辐射加固及其辐射损伤评估提供参考.     

小孔阵列式太阳敏感器的光学系统设计

微型数字式太阳敏感器光学系统由APS CMOS图像传感器和基于MEMS工艺的小孔阵列式光线引入器组成。图像传感器的分辨率为1024×1024pixel,像素尺寸为10μm×10μm;光线引入器具有微小孔阵列结构,小孔为方形孔,30×30阵列,尺寸为60μm×60μm,间距为250μm。光线引入器采用了MEMS工艺的掩模板制备工艺。针对所设计的光学系统计算了曝光时间,并在此基础上进行了地面成像实验。实验结果表明,光学系统设计合理,保证了敏感器所具有的高精度和大视场。     

TEMPOS devices as humidity sensors

An impedance spectroscopy technique has been employed to study the humidity sensing property of a novel ion-track-based device called ‘TEMPOS’ (tunable electronic materials with pores in oxide on silicon). Polymer electrolytes (PEs) and semiconductor-dispersed PE have been used as sensing elements. The sensing behaviour depends on the material inserted in the tracks and on the frequency and magnitude of the applied signal. Cole–Cole plots have been obtained at a constant humidity (30%, 43%, 54%, 65% and 82% relative humidity) and at a constant voltage (1–5 V), for frequencies ranging from 1 Hz to 100 kHz. A decrease in the impedance of the sensor is observed with an increase in the humidity and frequency of the applied signal. The width of the sensitive region increases with a decrease in the frequency. At a constant humidity, the influence of voltage on the impedance is small and PEs are found to be better sensing materials. Tracks act as pores for chemisorption and physiosorption to take place at the dielectric surface. Chemisorption probably leads to charge transfer between material inserted in tracks and the moisture.     

串联双微环湿度传感器光谱特性研究

提出了一种基于串联双微环谐振器的新型聚酰亚胺(Polyimide,PI)湿度传感器,采用传输矩阵法和耦合模的理论计算微环谐振器的传递函数,并对比了传统单微环与串联不同半径的双微环的输出光谱特性。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI波导吸收水汽后折射率发生变化,从而引起微环输出光谱发生漂移,通过探测光谱漂移量来测湿度值,得到了串联双微环传感器的灵敏度和测量范围,并且分析了感湿部位不同时谐振器输出光谱特性。理论结果表明：串联不同半径的微环谐振器的自由光谱范围（FSR）要比单微环有所提高,而且串联双微环谐振器整体感湿比单个微环单独感湿的传感性能更优良,可作为最佳的湿敏元件。与传统的单微环传感器相比,串联不同半径的微环结构可提高系统的测量范围和灵敏度,半径为30和50 μm的串联微环谐振器的FSR可达到0.15 μm,传感器测量湿度范围为10%RH～80%RH,灵敏度可达到0.001 7 μm·(%RH)-1。因此串联不同半径的双微环谐振器为制备成本低、结构简单、高灵敏度、可集成的微型湿度传感器件提供一定理论基础。     

双同步坐标系锁相环在AC-LINK充电电源中的应用

为提高电源在电网非理想输入情况下工作的适应性,采用解耦双同步坐标系下的三相锁相环,能够获取电网电压的相位与频率信息,并通过FIR滤波环节提取输入线电压的基波幅值,及时准确地为电源提供控制参数。建立了Matlab/Simulink仿真模型,在三相输入不平衡、频率变化、电压畸变等情况下进行仿真,并基于DSP2812芯片编写了控制程序进行测试。仿真与实验结果表明:在各种电网输入情况下,该方法都能够准确提取输入线电压的幅度、相位以及频率信息,为电源的良好运行提供保障。     

基于电致发光效应的光学电压传感器

本文综述了基于电致发光效应的光学电压传感器机理、分类及其主要特性,分析总结了此类传感器的研究现状及其存在的主要问题,同时提出未来研究课题的建议。电致发光型电压传感器的主要优点在于不需要载波光源,因而可以有效避免以往光学电压器中工作光源性能不稳定所引起的传感器性能变化;此外,此类电压传感器结构简单、体积小、重量轻、成本低,可以实现较高的性能价格比。今后研究的主要问题包括合理选择电压传感材料与器件、提高传感器的温度和湿度稳定性等。电致发光型电压传感器在电力工业和航空航天等领域的科学研究与实验中将具有广泛的应用前景。     

脉冲发电机电源宽频变化情况下锁相技术仿真

针对在基波频率变化情况下传统锁相环无法进行正确锁相的问题,提出了基于同步参考坐标系的追踪型三相软件锁相环。三相电压信号(V_a、V_b、V_c)经同步坐标变换后,得到两相静止坐标(V_α、V_β)信号,再经过旋转坐标变化后获得(V_d、V_q)信号;V_q信号经过低通滤波后,进行动态信号延迟,其延迟的时间由输出的频率信号获得;把延迟前后的信号做差,经过PID调节后输出为角频率,对角频率积分后获得稳定基波正序相位。为了验证该算法,基于matlab建立了仿真模型。仿真结果表明,该锁相环在电源基波频率线性变化情况下其相移时间小于0.2ms,在脉冲发电机电压基波频率非线性变化情况下需要经过一个周波也能获得精准地锁相,其运用于有源电力滤波器有效地抑制了脉冲发电机的输出谐波。     

一种新型高灵敏度光学微环湿度传感器

提出了以聚酰亚胺（PI）为感湿材料的三耦合点单微环新型湿度传感器。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI微环谐振特性发生变化,最终通过谐振波长的漂移量确定湿度值。讨论了不同部位感湿时系统的传感特性,并且选择了最佳湿敏元件。数值模拟结果表明：与传统的单微环传感器相比,新型传感器具有较高灵敏度和测量范围,Through端口的自由频谱范围可提高3倍。三耦合点单微环谐振器整体结构可作为最佳湿敏元件,该传感器在10%RH~80%RH相对湿度范围内,灵敏度可达到0.98 nm/%RH,该结构为制备高灵敏度可集成微型湿度传感器件提供了一定的理论依据。     

A fiber-optic voltage sensor based on macrobending structure

We propose and demonstrate an optical voltage sensing scheme based on a macrobending optical fiber in a ratiometric power measurement system. This novel approach to sensing has not been utilized before and has the advantage that the sensor involves simple fabrication compared to existing fiber-optic voltage sensors. To prove the feasibility of such a fiber-optic sensor, a sensor for a voltage range from 0∼100 V is demonstrated, with a resolution of 0.5 V. The sensor is robust, linear, and shows a competitive measurement resolution. The sensor can be easily scaled to suit other voltage levels and be effectively combined with optical current sensors.     

Orange dye polyaniline composite based impedance humidity sensors

This study presents the fabrication and investigation of humidity sensors based on orange dye (OD) and polyaniline (PANI) composite films. A blend of 3 wt.% OD with 1 wt.% PANI was prepared in 1 ml water. The composite films were deposited on glass substrates between pre-deposited silver electrodes. The gap between the electrodes was 45 μm. The sensing mechanism was based on the impedance and capacitance variations due to the absorption/desorption of water vapor. It was observed that with the increase in relative humidity (RH) from 30% to 90%, the impedance decreases by 5.2 × 10 4 and 8.8 × 10 3 times for the frequencies of 120 Hz and 1 kHz, respectively. The impedance-humidity relationship showed a more uniform change compared to the capacitance-humidity relationship in the RH range of 30% to 90%. The consequence of annealing, measuring frequency, response and recovery time, and absorption-desorption behavior of the humidity sensor were also discussed in detail. The annealing resulted in an increase in sensitivity of up to 2.5 times, while the measured response time and recovery time were 34 s and 450 s, respectively. The impedance-humidity relationship was simulated.     

Stable multi-frequency generator based on phase-locked optical frequency combs

A photonic generation of multi-frequency source based on the heterodyne of two phase-locked optical frequency combs(OFCs) is proposed and demonstrated.By applying an optical phase-locked loop,the phase noise induced by optical links is decreased by approximately 70,66,and 35 dB at 0.01,0.1,and 1.0 Hz offset frequencies,respectively.The proposed scheme provides 8 radio frequency signals,the frequencies of which span from 540 to 4040 MHz,with a 500-MHz interval.The number of generated signals can be readily scaled by using OFCs with broader bands,whereas the frequencies can be scaled by tuning the repetition rates of OFCs.     

基于级联9电平技术的大功率超声波电源*

为了提高超声波电源的输出功率,该文提出了一种基于级联9电平技术的大功率超声波电源。电源逆变部分由两个H桥单元级联组成,经过一定的控制策略实现输出电压为9电平波形,可以显著提高超声波电源的输出功率,改善输出电压的波形质量。提出一种电压差法跟踪换能器的谐振频率,只需采样3个电压,根据3个电压之间的数值差调节输出频率。通过分析该超声波电源的系统结构、工作原理及控制策略,并进行仿真实验,验证了该方案的可行性和有效性。