基于MFC的翻转测试平台控制软件的设计

针对MEMS加速度传感器只能对单一方向进行标定而不足以实现自动批量化的问题,设计了基于MFC的MEMS加速度传感器翻转实验平台的控制软件;该软件是通过串口与DSP之间按照规定的协议进行通信,对DSP进行了有效的控制并实时显示分析DSP传送回来的数据,实现对步进电机运转情况以及翻转台状态的实时显示,根据倾角传感器自带的协议,模拟7段数码管图形化的显示了倾角传感器的实时数据,进一步对翻转台的状态进行了解析,达到了实时同步、直观显示、易于控制的效果。     

基于微机电系统红外光源的长光程气体检测

针对红外气体传感器对光源的要求,选用了一种宽波长、高调制频率、低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)红外光源作为辐射源,其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。由于其面光源的朗伯辐射特性,整形之后的红外光数值孔径仍然很大,采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。本文结合双波长单光路的差分检测方法,设计了一种基于积分球特性的吸收气室,有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题;并运用光在传输过程中光通量守恒的原理,推导了此积分球吸收气室的等效光程,解决了积分球气室等效光程计算的难题;同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号,使得外围电路的设计更加简单、灵活。设计中,使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程,研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10~(-6),极大地提高了红外检测系统的灵敏度。     

Fe_3O_4纳米颗粒/聚二甲基硅氧烷复合材料磁电容效应的研究

提出了一种以Fe3O4纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成的复合材料为介质的平行板磁电容结构,并对其产生的磁电容效应的特点以及影响磁电容效应的因素进行了研究.对不同粒径的Fe3O4纳米颗粒按不同比例与PDMS混合形成的复合材料进行了测试.研究表明,与无磁场情况相比,在外磁场作用下,Fe3O4纳米颗粒/PDMS复合材料的电容值和介电损耗均发生了改变,产生了磁电容效应.由该复合材料磁电容效应所产生的电容变化量随着纳米颗粒混合浓度的增大而增大,并且当纳米颗粒粒径尺寸大于常温超顺磁临界尺寸时,材料的电容变化量随着颗粒尺寸的减小而增大.     

双质量硅微机械陀螺仪带宽拓展系统设计

检测开环状态下,微机械陀螺的实际工作带宽约为驱动和检测模态固有频率差值(?f)的一半,而陀螺结构的机械灵敏度与Δf成反比,较高的机械灵敏度有助于优化陀螺的噪声特性。本文提出了一种较为通用的陀螺带宽拓展方法,在使陀螺拥有较好的机械灵敏度基础上有效提高陀螺带宽以增强其动态环境适应性。首先,建立了陀螺检测系统的模型,并进一步得到了陀螺结构的传递函数和机械带宽。其次,分析了带宽拓展控制器的系统特性,设计了基于比例-积分串联相位超前控制方法的带宽拓展控制器,并对其进行了系统级和电路级仿真,验证了设计参数。最后进行了测试,结果表明采用本文所述方法可将陀螺带宽从原有的13 Hz拓展到了104 Hz,且具有较好的带内平整度,验证了设计方案。     

MEMS环形谐振陀螺的结构设计与振动特性分析

针对环形谐振陀螺谐振结构特性参数相同、检测灵敏度高、温度与抗干扰特性好等特点,提出了一种新颖的S形挠曲支撑梁的电容式环形谐振陀螺。其环形谐振子的刚度系数、固有频率等振动特性参数是陀螺结构优化、模态控制、驱动与检测电路设计的主要理论参数。为了得到该陀螺精确的谐振子特性参数,基于角度敏感原理、谐振结构的材料力学性能与机械振动特性,推导了谐振结构的等效刚度系数与固有频率的理论模型,并且分别进行了有限元仿真分析与样机频率特性测试。结果表明该理论模型计算的固有频率与有限元分析的误差为7.0820%,与样机实际测试的误差为3.9035%,证明了理论模型的正确性,为该陀螺的进一步研究提供了理论依据。     

封装材料对压阻式加速度传感器性能的影响

通过实验测试的方法研究分析封装材料对压阻式高量程加速度传感器性能的影响。对使用陶瓷 材料和不锈钢材料封装的加速度传感器,利用拉曼光谱仪测试研究封装前后传感器结构中残余应力和压敏 电阻阻值的变化,采用落锤、Hopkinson杆测试分析传感器的灵敏度、高过载能力,并在实弹环境中测试不同 封装传感器的测试精度的差别。实验结果显示,与陶瓷材料封装的压阻式加速度传感器相比,不锈钢材料封 装的压阻式加速度传感器在封装后结构的残余应力和压敏电阻阻值的变化更大,但不锈钢封装传感器的灵 敏度更大、高过载能力更强,同时实弹环境中可靠性和测试精度更高。     

斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制

散斑抑制一直是激光显示技术的研究热点。对激光光束经SiO2溶液所形成散斑的特性分析,建立了多重散射与散斑颗粒大小的联系。结合动态光散射理论,提出利用斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制方法,并构建由静态散射片和装有粒径为300nm、摩尔浓度为3.0×10-4μm-3的SiO2悬浮液的光通管组成的散斑抑制装置,将其置入激光显示系统的光源部分。针对光束以不同入射角进入SiO2悬浮液对散斑图像对比度影响进行了系统实验分析。结果表明,光束以约8°进入SiO2悬浮液能将散斑图像的对比度从0.43降低至0.067。通过该方法实现了散斑颗粒的空间平均和散斑图像的时间平均,提高了散斑抑制的效果。散斑抑制单元无需振动装置且便于集成到激光投影系统中,不仅提高了系统的可靠性也减小了成本。     

硅微隧道式加速度计的输出反馈控制电路设计

为提高硅微隧道式加速度计的灵敏度,必须设计出高灵敏度的输出和反馈控制电路。在电路设计中,通过采用行之有效的措施来降低噪声和干扰可达到提高灵敏度的目的,如：将隧道式加速度计敏感单元的参考地设置为同一的大地;采用能抑制隧道式加速度计敏感单元和半导体器件所产生的1/f噪声的低噪声运算放大器;在电压信号放大过程中,尽量抑制干扰和噪声;且在电压反馈电路设计中,保护敏感单元不受损坏等措施。测试结果为标定因数1.2659V/g,其非线性度小于1%,可见在提高线性度的基础上也提高了灵敏度。     

MEMS 环形陀螺仪正交误差补偿系统设计

以一种电容式全对称S形弹性梁硅基环形波动陀螺仪为对象,对其正交误差进行了相关的研究,以提升MEMS环形陀螺仪的精度。首先,介绍了环形陀螺仪结构,同时以此结构为基础分析了正交误差产生的原因及影响;然后,对环形陀螺仪检测通道的输出信号进行量化分析,并根据正交力校正法设计了环形陀螺仪的正交误差补偿系统;最后,对加入正交误差补偿后的环形陀螺仪进行了实验测试。结果显示,校正后的零偏、零偏稳定性分别为-2.62°/s、1.37°/h,与校正前相比,分别提升了3倍和10.6倍,验证了该正交误差补偿系统对陀螺仪正交误差的抑制效果,补偿后陀螺仪的零偏稳定性显著提升,陀螺输出更加稳定,为MEMS陀螺仪应用于未来军事及民用领域奠定了基础。