利用单通道高温超导磁梯度计获取心磁地图

根据自己研制的单通道高温超导rfSQUID磁梯度计在人体胸前测得的高信噪比的心磁信号,通过线性插值和高阶拟合,获得了人体心脏的一系列时序等强磁场地图,为高温超导SQUID磁强计、梯度计的心磁测量用于心脏病早期诊断和病理研究的进一步开展提供了思路和方向.     

MEMS矢量水听器用于潜标系统的可行性（英文）北大核心CSCD

提出将MEMS矢量水听器应用于潜标系统,并进行了大量实验验证其可行性。MEMS矢量水听器是一种新型水下声学传感器,它具有体积小、成本低、一致性高和高灵敏度等优点。将水听器应用于潜标系统,可以大幅降低阵列孔径,进而有效地监测海洋声场的矢量信息。矢量水听器矢量通道的指向性与频率无关,在低频和甚低频同样可以获得良好的空间增益,应用在低频和甚低频领域中,可以有效地解决声纳设备体积庞大的问题。经过对系统样机进行多次室内驻波桶调试和外场湖试与海试,结果表明,该系统能有效检测海底20~1000Hz范围内的声场矢量信号,水听器此时的灵敏度可达-176dB,且具有良好的“8”字型指向性。实验结果证明了MEMS矢量水听器应用在潜标系统中进行海洋声场矢量信息探测的可行性,为MEMS矢量水听器在水下目标探测领域的研究提供了良好的试验平台,并为其工程化应用奠定了基础。     

MEMS陀螺随机误差特性研究及补偿

为了提高MEMS陀螺输出角速度的精度,采用Allan分析法以及Kalman滤波算法对MEMS陀螺仪进行随机误差分析和补偿。由Allan方差分析陀螺的输出数据,对Allan方差进行最小二乘法拟合,得到各项随机噪声的定量评价指标;对陀螺的输出数据使用AR模型进行数学建模,采用AIC准则确定了AR模型的阶次,建立了陀螺零漂数据的离散时间表达式;在AR模型所建立的陀螺随机误差模型的基础上,设计了Kalman滤波器,对陀螺输出数据使用Kalman算法进行了滤波处理,对陀螺的随机误差进行了补偿;通过Allan方差对Kalman算法对陀螺随机误差的补偿效果进行分析。实验结果表明:角速率随机游走Kalman滤波前为槡0.148 7°/h~(1/2),Kalman滤波补偿后为槡0.004 1°/h~(1/2),,通过补偿可减小97.24%的角速率随机游走误差;零偏不稳定性Kalman滤波前为1.940 8°/h,Kalman滤波补偿后为0.054 2°/h,通过补偿可减小97.21%的零偏不稳定性误差;速率随机游走Kalman滤波前为2.698 5°/h~(3/2),Kalman滤波补偿后为0.334 3°/h~(3/2),通过补偿可减小87.61%的速率随机游走误差。Kalman滤波适用于MEMS陀螺的滤波处理,可有效降低陀螺的随机误差。     

利用单通道高温超导磁梯度计获取心磁地图

根据自己研制的单通道高温超导rfSQUID磁梯度计在人体胸前测得的高信噪比的心磁信号,通过线性插值和高阶拟合,获得了人体心脏的一系列时序等强磁场地图,为高温超导SQUID磁强计、梯度计的心磁测量用于心脏病早期诊断和病理研究的进一步开展提供了思路和方向.     

阈值可调的微机电惯性开关

针对惯性开关通用性的要求,设计了一种具有阈值可调功能的微机电惯性开关。利用CoventorWare软件中的Architect模块对该悬臂梁结构开关进行系统级仿真。仿真结果表明,开关在半正弦加速度信号作用下,加速度阈值和电压基本呈线性关系,通过调整偏置电压的方式,可测量不同阈值加速度;以500g为一档,调节加速度阈值范围为1000⁴000g,开关最长响应时间为63.44μs,接触时间无穷大,表现出良好的工作性能。考虑MEMS薄膜沉积工艺在加工4μm厚的悬臂梁时存在±0.1μm加工误差,应用蒙特卡洛法分析悬臂梁厚度在3.94000g,开关最长响应时间为63.44μs,接触时间无穷大,表现出良好的工作性能。考虑MEMS薄膜沉积工艺在加工4μm厚的悬臂梁时存在±0.1μm加工误差,应用蒙特卡洛法分析悬臂梁厚度在3.9⁴.1μm之间变化时,对开关吸合电压和闭合时间的影响,结果表明,±0.1μm的加工误差对开关吸合电压和闭合时间影响在设计允许范围内。     

低成本车载MEMS惯导导航定位方法

当GPS卫星信号受到遮挡,车载GPS无定位输出时,通过低成本MEMS惯导进行定位是车辆导航的一种弥补方法。然而低成本MEMS惯导测量误差大,定位误差会快速累积。针对此问题,研究了一种应用于MEMS惯导导航定位的Kalman滤波算法。通过分析车辆的运动特性,在已有的研究基础上,提出了向心加速度差值误差这一新型观测量,并推导了误差状态系统模型的状态转移矩阵和观测矩阵。200 s时长的实车实验表明,单纯MEMS惯导定位的误差率是75.27%,而所述新方法的定位误差率是3.86%,定位精度有了大幅度提高,取得了良好的效果。     

一种小卫星高精度自主定轨/定姿一体化新方法

基于传统小卫星对轨道和姿态参数确定采用分别计算的复杂模式,提出了一种利用地磁场和天文信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法。首先通过分析小卫星轨道动力学J2模型和卫星姿态动力学模型,建立系统状态方程。其次将三轴磁强计与地磁场模型参考值的矢量作差,分析微分差值与状态变量的数学关系,建立定位/定姿观测方程。利用星敏感器提供的高精度姿态信息,建立定姿观测方程,同时利用星敏感器间接敏感地平观测折射恒星,建立定位观测方程。最后提出基于信息融合的先进滤波算法,并通过对多种导航模式进行数值仿真及结果分析,论证所设计一体化方法提高了系统定轨/定姿的精度和可靠性。     

基于光照区太阳敏感器和陀螺辅助修正的微小卫星磁测技术

微小卫星经常用磁强计作为姿态测量的主要部件,磁强计的测量精度是影响微小卫星定姿性能的重要指标。为提高磁场估计精度,采用太阳敏感器和陀螺对磁强计误差进行辅助测量与修正,推导了磁强计误差估计方法,在光照区以太阳敏感器与陀螺输出作为俯仰滤波器观测量,估计出卫星俯仰角度和角速度。再采用最小二乘方法,利用滤波输出量对磁强计误差进行估计,估计的结果进入滤波器对磁场输出进行测量修正。仿真表明该方法简单易行,姿态角精度提高了1°左右,角速度精度最高提高了0.003(°)/s左右,并增强了卫星稳定性,有利于成像等任务的完成,有效提高了微小卫星导航系统性能。     

Effect of staggered array structure on the flow field of micro gas chromatographic column

A new design of staggered array semi-packed micro gas chromatographic column was presented based on the micro electromechanical system(MEMS)technology.It was a sensor for gas sample analysis.The internal velocity fields of ten types of semi-packed micro gas chromatographic column were studied.The effects of array spacing and dislocation spacing on the flow field distribution were investigated.The results show that on the basis of ensuring the formation of virtual wall,with the increase of array spacing,the maximum velocity difference between the flow channels in the vertical direction decreases gradually,but the velocity difference in the flow channels a and b increases.When the inlet velocity was set to be 0.18 m/s,the maximum velocity difference in the channel of the staggered semi-packed micro gas chromatography column 3(CSAC3)was 0.05610 m/s.The maximum velocity difference in the channel a was 0.09160 m/s.The maximum velocity difference in the channel b was 0.02401 m/s.CSAC3 had a more uniform velocity field distribution,which can effectively suppress the laminar flow effect during chromatographic separation,and had a smaller pressure distribution,which puts forward lower requirements for carrier gas system.The staggered array semi-packed micro gas chromatography column proposed in this paper can effectively improve the velocity field distribution and pressure distribution in the channel,and provide a theoretical basis for the design of the new micro gas chromatography column structure.     

非局部因子和表面效应对微纳米材料振动特性的影响

基于非局部理论和表面效应模型,导出表面吸附物对微纳米材料的动力学方程,研究非局部因子和表面能对微纳米传感器振动特性的影响．结果显示,非局部因子、表面能、吸附物种类、附加刚度和基底种类对微纳米结构的振动特性有重要影响．