硅微谐振加速度计交流检测信号解耦技术

硅微谐振加速度计以高精度的频率信号输出及潜在的敏感结构与处理电路实现一次集成的优势,成为硅微传感器研制的热点之一。针对交流检测信号耦合效应对硅微谐振加速度计性能的重要影响,在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从结构和电路两方面研究了交流检测信号耦合效应的来源,分析了耦合效应对检测电路和闭环控制精度的影响。采用双质量块结构方案和电路优化设计所研制的硅微谐振加速度计,基频为15 kHz,标度因数为36 Hz/g,量程为±30 g。试验证明耦合效应对仪表性能的影响降低到0.3 mg以内。     

静电加速度计悬浮质量块质心偏移量在轨标定

高精度静电加速度计已广泛地应用于航天任务中,用于测量作用于航天器的非引力加速度。如果静电加速度计悬浮质量块的质心与航天器的质心安装有偏差时,重力梯度力、姿态耦合产生的干扰加速度,静电加速度计控制系统引入的干扰加速度等干扰力会夹杂在测量数据中。针对这一问题,研究了航天器小质量特性变化情况下,当静电加速度计处于动态设计良好并进入稳态后,利用静电加速度计、陀螺仪和磁强计作为敏感元件,基于非线性卡尔曼滤波理论的静电加速度计悬浮质量块质心偏移量的在轨标定。仿真结果表明,该方案的精度J向可以达到0．1mm,Y和Z向能达到0．04mm。     

Nd：YVO4激光器腔内单晶体倍频及调Q技术研究

介绍了一种高效率腔内倍频及调ＱＮｄ：ＹＶＯ４激光器，激光器的Ｑ开关工作是通过一块腔内ＫＴＰ晶体实现的，该晶体同时用作倍频晶体，实现Ⅱ类相位匹配。在连续工作情况下，当泵浦功率８００ｍＷ时，得到１１５ｍＷ的绿光输出，光－光效率１４．４％，调Ｑ工作时，获得脉宽为５．４５ｎｓ，峰值功率为８４Ｗ的脉冲绿光，工作频率为１００Ｈｚ。     

MEMS加速度计温度漂移仿真分析

温度漂移是影响高精度、高稳定性MEMS加速度计整体工作性能的关键参数。采用有限元方法,建立了三种不同材料组合的MEMS"三明治"加速度计三维结构模型,开展热-应力耦合场仿真分析,并通过提取加速度计差动电容变化量及其变化率对温度漂移进行量化表征。结果显示,以带有薄层玻璃的单晶硅圆片作为器件盖板及衬底,并以其薄玻璃层作为绝缘层是最优的加速度计材料组合。进一步分析表明,盖板及衬底厚度达到500μm,加速度计差动电容变化率曲线趋于稳定,继续增大盖板及衬底厚度对于优化温度漂移性能无显著作用,研究结果为高性能MEMS加速度计设计提供了技术支撑。     

机载导弹捷联惯导系统的对准与校正

──本文通过对液浮陀螺及石英加速度计的误差分析，建立一种机载导弹动基座对准及校正的新数学模型，即利用大维数卡尔曼滤波器完成捷联惯性导航系统调平、对准及陀螺加速度计误差参数估计。理论分析与仿真结果表明，状态与偏差联合的卡尔曼滤波器，在满足一定条件情况下，具有较好的收敛性和稳定性。     

硅微振梁式加速度计抗温漂的微结构及工艺设计

针对硅微振梁式加速度计输出频率随环境温度漂移的问题,提出了抗温漂的硅微结构设计方法及相关工艺,降低了环境温度对输出的影响,在室温条件即可达到一定精度。通过建立"硅-玻璃"和"玻璃-陶瓷"耦合模型,分析了造成硅微振梁式加速度计温度漂移的原因。然后提出了"抗温漂耦合设计"的微结构和"半粘结封装"的封装工艺,降低了耦合模型中的理论温漂。利用加工出的原理样机进行实验,结果显示,采用抗温漂结构设计及封装工艺的原理样机,输出频率的温漂系数为-3.5×10-6/℃,室温下零偏稳定性为72.0μg。实验验证了抗温漂理论的可行性,可以满足室温下高精度硅微振梁式加速度计的设计要求。     

静电伺服微加速度计的量程设计

详细推导了静电伺服加速度计在定极板上施加直流偏压、交流驱动电压，动极板上有反馈直流电压和交流检测电压的情况下，检测质量(动极板)受到的静电力。通过对静电力的分析，得出静电伺服彻。速度计的量程除了受系统能提供的最大静电力限制外，还需满足电刚度小于与机械刚度的条件，该电刚度是极板上所有的直流电压、交流电压产生的电刚度之和。离心实验证明，利用该原则设计的“叉指”结构静电伺服微加速度计的量程达到了设计值。该设计原则可以为此类加速度计的设计提供参考。     

机器—基础柔性隔振系统的功率流试验研究

在对楼层安装机器柔性耦合动力系统功率流理论研究的基础上，本文进一步从实验观点研究了机器—基础柔性隔振系统的功率流传递谱。建立了柔性隔振系统实验模型和功率流测试分析系统，从能量观点对机器—隔振器—弹性基础耦合系统的振动传递机理进行了实验研究。通过对称和非对称系统的功率流对比实验，揭示了功率流传递谱的非对称效应，验证了理论分析的正确性。     

梳齿式微机械力平衡加速度计

讨论了一种梳齿式微机械加速度计，介绍了表头微机构的特点和系统工作原理。通过对加速度计机械模型的分析，计算得出了加速度计的主要设计性能指标。另外还比较完整的提供了加速度计各项性能试验的数据，试验结果与理论分析能很好地吻合，说明加速度计的性能指标基本达到设计要求，证明这种加速度计的设计是成功的。     

任意激励关系下非保守耦合振子能量分布与功率流的一般特征

传统的统计能量分析(SEA)理论不能解决非保守耦合系统和保守或非保守耦合系统在相关输入时的能量分析问题。作为任意输入关系下非保守耦合系统统计能量分析的基础,本文研究了耦合振子在非保守耦合及任意输入条件下能量分布与功率流的一般特征,推导了功率平衡方程式及各有关功率项的计算式,讨论了振子间功率流的构成及各向功率流之间的关系。研究结果表明,耦合阻尼和输入形式对耦合振子能量平衡和功率总体特征有着显著的影响。     

耦合阻尼对非保守耦合振子能量分布与功率流的影响

作为非保守耦合系统统计能量分析的基础,本文研究了耦合阻尼对非保守耦合系统能量分布与功率流的影响.在给出各项有关的损耗因子和耦合损耗因子的定义后,本文从理论上推导了非保守耦合振子间各项功率流与振子平均振动能量之间关系的理论表达式,以及功率平衡方程式和振子能量比的表达式.理论分析和数值计算的结果表明,非保守耦合振子之间的原始功率流和附加功率流以及总功率流不仅取决于两振子的平均振动能量之差,而且取决于振子的平均振动能量之和,总功率流的方向即与两振子能量相对大小有关,也与耦合性质有关;小耦合阻尼是非保守耦合的特例,由此特例不足以得到非保守耦合情况的一般特点。     

偏心激励作用柔性主被动隔振系统功率流特性

针对柔性基础上偏心激励作用复杂机械系统，建立了机器-柔性板基础主被动隔振系统数学模型，推导了系统动态特性传递方程。以传递到基础的功率流为评价指标，探讨不同激励及主动控制策略对主被动混合隔振效果的影响。     

Laser-induced break-up of water jet waveguide

In this article, an optical method to control the break-up of high-speed liquid jets is proposed. The method consists of focusing the light of a pulsed laser source into the jet behaving as a waveguide. Experiments were performed with the help of a Q-switched frequency doubled Nd:Yag laser (=532 nm). The jet diameter was 48 µm and jet velocities from 100 to 200 m/s. To study the laser-induced water jet break-up, observations of the jet coupled with the high power laser were performed for variable coupling and jet velocity conditions. Experimentally determined wavelength and growth rate of the laser-generated disturbance were also compared with the ones predicted by linear stability theory of free jets.     

复杂高耸结构风振响应研究

本文提出了基于高频动态测力天平试验的风振响应的频域分析方法,采用该方法可以用来求解复杂高耸结构的三维耦联风振响应,并给出了利用高频动态测力天平试验来确定广义模态力谱的计算方法.该方法利用高频动态测力天平试验得到的基底剪力自谱、基底弯矩自谱以及基底剪力与弯矩的互谱与脉动风荷载的自谱密度的相互关系并通过引入振型修正系数来求得广义模态力谱,求解结构的三维耦联风振响应.然后,采用本文方法对在建的河南省广播电视发射塔的风振响应进行了研究,结果表明横风向的位移和加速度响应的均方根值要大于顺风向,因此在计算中必须考虑横风向风振的影响.最后本文对计算振型数目和模态耦联项对结构风振响应的影响进行了分析.本文的方法对于求解复杂高耸结构的风振响应具有重要的借鉴意义.     

大跨悬索桥三维非平稳耦合抖振分析

基于Priestley(1967)演变功率谱模型，并采用Lin和Yang(1983)的建议，建立了脉动风速的非平稳功率谱模型。依据此模型，采用三维有限元法，建立了大跨桥梁非平稳耦合抖振运动方程。然后，将虚拟激励法和精细时程积分法相结合，建立了求解桥梁三维非平稳耦合抖振运动方程的快速算法。以某大跨悬索桥为例，分析了该桥的非平稳耦合抖振响应，并与平稳耦合抖振响应进行了比较。计算结果表明：随着脉动风速平稳部分持时的增大，非平稳抖振分析结果逐渐收敛于平稳抖振分析结果；但若脉动风速的平稳部分持时较短，非平稳抖振分析结果将低于平稳抖振分析结果。     

Refined Series Methodology for the Fully Coupled Thin-Walled Laminated Beams Considering Foundation Effects

The refined power series solutions are presented for the coupled static analysis of thin-walled laminated beams resting on elastic foundation. For this purpose, the elastic strain energy considering the material and structural coupling effects and the energy including the foundation effects are constructed. The equilibrium equations and the force-displacement relationships are derived from the extended Hamilton's principle, and the explicit expressions for displacement parameters are presented based on power series expansions of displacement components. Finally, the member stiffness matrix is determined by using the force-displacement relationships. For comparison, the finite element model based on the Hermite cubic interpolation polynomial is presented. In order to verify the accuracy and the superiority of the laminated beam element developed by this study, the numerical solutions are presented and compared with results obtained from the regular finite beam elements and the ABAQUS's shell elements. The influences of the fiber angle change and the boundary conditions on the coupled behavior of laminated beams with mono-symmetric I-sections are investigated.     

An investigation on lateral and torsional coupled vibrations of high power density PMSM rotor caused by electromagnetic excitation

Electromagnetic excitation in high power density permanent magnet synchronous motors (PMSMs) due to eccentricity is a significant concern in industry; however, the treatment of lateral and torsional coupled vibrations caused by electromagnetic excitation is rarely addressed, yet it is very important for evaluating the stability of dynamic rotor vibrations. This study focuses on an analytical method for analyzing the stability of coupled lateral/torsional vibrations in rotor systems caused by electromagnetic excitation in a PMSM. An electromechanically coupled lateral/torsional dynamic model of a PMSM Jeffcott rotor is derived using a Lagrange–Maxwell approach. Equilibrium stability was analyzed using a linearized matrix of the equation describing the system. The stability criteria of coupled torsional–lateral motions are provided, and the influences of the electromagnetic and mechanical parameters on mechanical vibration stability and nonlinear behavior were investigated. These results provide better understanding of the nonlinear response of an eccentric PMSM rotor system and are beneficial for controlling and diagnosing eccentricity.     

应用于三轴光纤陀螺中的双程后向ASE光源

根据三轴光纤陀螺的高精度需求,采用大功率高稳定性的高精度双程后向方案掺铒光纤光源。通过对ASE光源的理论分析建立数学模型,并根据所用掺铒光纤及泵浦光源的参数对光源进行谱型分析,确定光路方案。再以掺铒光纤和泵浦激光器的温度特性和补偿为研究重点,对掺铒光纤的长度和掺杂浓度以及泵浦功率和铒纤的匹配性进行试验,最终采用铒纤长度19 m,泵浦波长974.6 nm,泵浦功率140 m A,得到光源光功率为20 m W,平均波长变化量小于0.5′10~(-6)/℃,满足光纤陀螺对ASE光源的要求。     

Test of a new tip material for Langmuir probe diagnostic

The objective of the work is to test a nickel–chrome alloy as a probe tip material for characterization of discharge plasmas. In order to meet the objective, a symmetric triple Langmuir probe diagnostic system and an associated driving circuit are designed and tested in an inductively coupled plasma generated by a 13.56-MHz radio frequency source coupled with an automated impedance match network. This probe is used to measure the electron temperature, electron number density, and ion saturation current as functions of the input power of the radio frequency source and the filling gas pressure. An increasing trend is noticed in the electron temperature and electron number density with an increase in the input power, whilst a decreasing trend is evident in these parameters with an increase in the nitrogen gas pressure. The overall inaccuracies in electron temperature and electron number density measurements are 5–12% and 3–13%, respectively.