基于脉冲星导航系统的X射线探测器

X射线脉冲星导航中脉冲到达时间（TOA）是脉冲星导航系统中基本的测量量,其测量精度直接影响导航定位的精度。国内外对用于X射线脉冲星导航的探测器研究还处于探索阶段。通过比较不同类型探测器的特性,根据导航定位精度对探测器各项性能指标的要求,提出一种X射线探测器系统设计方案,为用于脉冲星导航的X射线探测器的研制提供一种参考。本方案用CCD作为探测器主体,整个探测器由光学结构、CCD及电子学系统组成。     

铁电薄膜在红外辐射作用下的动力响应

本文研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。用层合板壳作为微桥结构的力学模型,中间一层为压电材料,上下两层为金属材料电极。采用了力-电-热耦合的控制方程和变分原理,考虑了铁电薄膜的惯性力,推导出了基于Mindlin假设的压电材料层合板有限元公式。以红外探测器在夜间从飞机上探测地面的坦克为例,用有限单元法模拟了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。     

综述:面向工程应用的激光干涉动态测量

进入21世纪之后,激光干涉作为一种成熟的非接触式动态测量技术,开始逐步应用于不同的工业领域.激光干涉动态测量技术主要分成两类:一类是基于高速相机的干涉测量技术,而另一类则是基于单像素光电探测器的干涉测量技术.这两类技术都有其局限性:基于高速相机的技术受限于相机时间轴上的采样率;而基于光电探测器的技术则在空间域上只能进行...     

铁电薄膜在红外辐射作用下的响应

研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。用层合板壳作为微桥结构的力学模型,中间一层为压电材料,上下两层为金属材料电极。采用了力-热-电耦合的控制方程和变分原理,推导出了基于Mindlin假设的压电材料层合板有限元公式。以红外探测器在夜间从飞机上探测地面的坦克为例,用有限单元法模拟了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。     

激光诱导应力波测量薄膜界面强度研究进展

薄膜界面强度是影响多层薄膜装置性能的重要参数.激光诱导应力波技术是在可控制和非接触条件下定量测量薄膜界面强度最有效的技术之一.在采用高强度应力波短脉冲加载实现界面层裂的同时,通过光学测量薄膜自由面瞬态位移,并利用应力波理论计算得到临界界面强度.通过精确控制试样几何形状及尺寸,包括拉伸、剪切和复合型在内的各种界面加载模式都可以实现.本文对激光诱导应力波测量薄膜界面强度研究进展进行了综述,并特别强调了不同加载模式的实现方法,高强度超薄薄膜的界面测量技术,以及如何通过辨别薄膜自由面瞬态位移光学干涉信号中的某些特殊性征来实时判断和测量界面的层裂.     

激光诱导应力波测量薄膜界面强度研究进展

薄膜界面强度是影响多层薄膜装置性能的重要参数。激光诱导应力波技术是在可控制和非接触条件下定量测量薄膜界面强度最有效的技术之一。在采用高强度应力波短脉冲加载实现界面层裂的同时，通过光学测量薄膜自由面瞬态位移，并利用应力波理论计算得到临界界面强度。通过精确控制试样几何形状及尺寸，包括拉伸、剪切和复合型在内的各种界面加载模式都可以实现。本文对激光诱导应力波测量薄膜界面强度研究进展进行了综述，并特别强调了不同加载模式的实现方法，高强度超薄薄膜的界面测量技术，以及如何通过辨别薄膜自由面瞬态位移光学干涉信号中的某些特殊性征来实时判断和测量界面的层裂。     

硅基底多层薄膜结构材料残余应力的微拉曼测试与分析

针对MEMS器件制备中两种典型的硅基底多层薄膜结构的残余应力问题,本文提出了利用微拉曼光谱技术测量其残余应力的方法,分析并给出了硅基底多层薄膜结构中的残余应力分布规律。实验结果表明,在硅基底和薄膜内存在较大的工艺残余应力,残余应力在基底内靠近薄膜两侧部分呈非线性变化,在基底内主要呈线性变化,并引起基底整体翘曲。基于实验结果分析,提出了硅基底多层薄膜结构的分层结构模型。本文工作表明微拉曼光谱技术是测量与研究硅基底多层薄膜结构残余应力的一种有力手段。     

球形薄膜的变形测量与力学分析研究

目前对于薄膜材料力学性能研究多采用单轴拉伸的实验方法,此方法在测量有特殊构型薄膜材料时有一定误差,也只能测量单一方向的力学性能。本文选用球面乳胶薄膜为实验材料,在考虑球形外形结构的基础之上,测量了整个薄膜表面的力学性能。实验在自制的装置之上结合三维数字图像相关技术(3D-DIC)测出整个薄膜表面位移场,并且结合相关公式计算出乳胶球面薄膜制品表面的拉格朗日应力场和应变场,并对膨胀后薄膜厚度变化做了相应分析。结果显示乳胶薄膜表面的变形并非均匀,圆周方向抗变形能力大于子午线方向。     

纳米压痕法测磁控溅射铝薄膜屈服应力

为了在考虑残余应力下测量出磁控溅射铝薄膜的屈服应力,提出了一种实验测量方法,通过曲率测试法和球形压头纳米压痕法测出磁控溅射铝薄膜的屈服应力．建立球形压痕力学模型,并用ANSYS对球形压痕进行力学有限元仿真,利用直流磁控溅射技术在硅基上淀积一层1 μm厚的铝薄膜,首先通过曲率测试法测量膜内等双轴残余应力,再利用最小二乘曲线拟合法从薄膜/基底系统的球形压头纳米压痕实验数据中提取出铝薄膜的屈服应力,测得磁控溅射铝薄膜的屈服应力为371 MPa．该方法也可以用来研究其他材料的薄膜和小体积材料的力学特性．     

利用数字散斑相关法测定聚酰亚胺/SiO2合成薄膜的力学性能

聚酰亚胺 /SiO2 合成薄膜是一种具有优良力热光电性能的薄膜材料,在MEMS工艺中具有广阔的应用前景,其力学性能测量的研究具有非常重要的意义。本文将数字散斑相关技术和微拉伸试验相结合,对厚度为 37μm的聚酰亚胺(polyimide) /二氧化硅(SiO2 )合成薄膜进行了力学性能测量,获得了比较满意的结果。文章给出了测得的弹性模量和泊松比。为了解决数字散斑相关法不能直接测量较大变形的缺陷,本文提出了多级相关算法,并利用亚像素搜索和双线性插值进行了数据处理。     

电极面积对介电弹性体薄膜电致起皱影响的实验研究

介电弹性体(dielectric elastomers,DE)薄膜在其自身的应变能和外加电场能的相互作用下既能实现大的电致变形,也容易发生失稳起皱。对于单轴预拉伸的介电弹性体薄膜,电极的长度是决定其电致变形的重要参数,同时也可能是影响薄膜起皱的关键因素。为了确定以及量化该影响,本文实验测量了不同电极长度下薄膜的临界起皱电压。同时为了分析薄膜的褶皱特征,测量了不同电压下的褶皱波长。实验结果表明:电极宽度对介电弹性体薄膜的起皱有较大影响;随着电极长度逐渐增大,薄膜的临界起皱电压呈现出先快速减小,随后相对稳定,最后又逐渐升高的趋势。而其褶皱波长随电压升高逐渐减小。实验结果显示,褶皱分布在电极及电极附近,据此分析认为,薄膜的起皱是一种局部效应,电极区与非电极区的相互作用与能量传递对其有较大影响。实验中通过铜丝搭接的方式引出电极能有效解决电极引出线的附加刚度影响薄膜起皱的问题,可为相关实验提供技术参考。     

火星探测器进入飞行气动测量方法研究

在火星探测任务的进入飞行过程中,开展气动测量将获取大量宝贵的气动特性数据,一方面可以验证进入探测器气动外形,掌握其准确的气动特性,另一方面,可以积累详实的火星大气数据,为后续任务提高落点精度等飞行性能提供支持. 本文针对火星探测器进入飞行任务,基于弹道重建和嵌入式大气数据传感系统(flushair data system, FADS),提出火星探测器进入飞行过程中的气动测量方法. 通过融合火星进入外测弹道信息,利用输出误差法实现攻角、侧滑角的高精度测量;基于嵌入式大气数据传感系统,利用最小二乘最优估计算法,建立了进入飞行动压的测量方法. 仿真分析表明,气动测量方案精度高,进入动压测量精度优于1%,攻角和侧滑角测量精度相较于当前火星探测器进入气动测量而言,至少提升1 个量级. 研究结果将为火星探测等深空探测任务的进入飞行气动测量提供技术参考.      

铁电薄膜在红外辐射作用下响应的解析解

本文研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。采用层合板作为力学模型,将铁电薄膜微桥结构简化为一块边长为微米量级、厚度为亚微米量级的夹层板,中间是铁电薄膜,上下表面为金属薄膜,上表面为金黑,下表面为铂(白金),上下表面都是电极。微桥的上表面接收周期为1/30秒的辐射方波脉冲信号。由于微桥十分微小,可以认为红外辐射在板面上均匀分布,又由于板的平面尺寸与厚度之比相当大,因此可以认为热传导只在板厚的方向进行,问题变为一维的。采用适当的力-电-热耦合的控制方程,利用级数解,算出铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力学响应和薄膜内的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。     

一种薄膜式的光纤压力传感技术

提出了一种薄膜式的光纤压力传感技术,用于测量冲击波的反射超压峰值。该技术通过建立待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取压力。结合Fabry-Perot腔光学干涉测量技术,设计并加工实现了一种光纤压力传感器。开展数值模拟和激波管实验,结果证明,该压力获取技术可行,且该技术具有无须标定、制作简单、成本低廉、测量精度高、响应时间快的优点。     

BST铁电薄膜在红外辐射作用下响应的解析解

研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元—BST铁电薄膜微桥在红外辐射作用下输出信号的分析方法.将BST铁电薄膜微桥结构简化为一块微米尺度的夹层板,中间是BST铁电薄膜,在极化模式下工作.微桥的上表面接收辐射脉冲信号.由于微桥十分微小,可以认为红外辐射在板面上均匀分布,又由于板的平面尺寸比厚度大得多,可以认为热传导只在板厚的方向进行.采用适当的力-电-热耦合的控制方程和非线性的本构方程,得到了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的的力、热、电输出信号的解析解,并将计算结果与实验结果作了比较.     

TiN薄膜掠射侧倾法应力测试

由于薄膜厚度很薄,使得在应用传统X射线法测试薄膜应力时,存在透入深度过深且衍射强度不够的缺点;而且一般气象沉积膜都存在择优取向的情况,应用常规法（或侧倾法）测试时易发生sin^2ψ曲线弯曲现象。准聚焦衍射几何也使得常规法在无应力情况下产生正、负ψ的sin^2ψ曲线发生分离现象。故与传统方法相比,掠射侧倾法具有透入深度浅、透入深度随ψ角变化不大以及对织构影响不敏感以及没有无应力试样的正、负ψ曲线分离等优点,所以掠射侧倾法是一种更适于薄膜应力测量的测试方法。本文应用掠射侧倾法测量了PVD和PCVD工艺的TiN薄膜的内应力情况,结果表明制备工艺对于气象沉积膜内的应力状态有较大影响,而且薄膜内的应力状态比较复杂,一般处于三向应力状态。     

基于多项式代理模型的薄膜材料力学参数识别

针对鼓泡方法对具有不同本构关系的薄膜材料力学参数识别方法难以统一的问题,提出了一种基于代理模型的薄膜材料力学参数识别方法。首先,运用多项式代理模型将薄膜材料力学参数与薄膜试件在不同测点的挠度仿真值之间的关系显式化,然后采用改进的鼓泡实验装置测量并获得薄膜试件上各测点的扰度实验值,再以相应的测点多项式代理模型值与实验值之间的相对误差的平方和作为目标函数,采用状态转移算法对材料参数进行反解,获得能表征薄膜的真实材料参数。采用这一方法,对304不锈钢薄膜和橡胶材料进行识别实验,证实了这一方法的有效性和可靠性。因此可以利用本文的方法研究鼓泡实验装置的仪器化,从而为进一步实现薄膜材料力学参数识别方法的统一提供新的思路。     

锂离子薄膜电极充放电变形的原位实验观测方法

锂离子薄膜电极在充放电过程中的力学变形会严重影响锂离子电池的性能和使用寿命。本文提出一种原位观测锂离子薄膜电极充放电变形的实验方法,该方法通过设计一种新型的实验室模型电池,并采用基于位相增量叠加的相移电子散斑干涉方法测量变形,成功实现了对锂离子薄膜电极充放电变形的原位实验观测。实验结果表明,锂离子薄膜电极在充放电过程中会产生周期性的变形,该变形宏观上与电池的SOC(State of Charge,充电状态)相关,微观上则与锂离子在电极活性材料中的嵌入/脱出过程对应。该实验方法为深入研究锂离子薄膜电极变形对锂离子电池性能的影响提供了一种有力的实验手段。     

基于摄影测量法的薄膜褶皱实验研究

采用非接触式的测试方式摄影测量法对薄膜褶皱进行了实验研究.建立了剪切薄膜褶皱的分析模型,并基于摄影测量法对该模型的褶皱变形模式进行了实验研究.摄影测量法是通过对不同角度上相机拍摄到的同一靶点的图像信息进行处理,可以得到相应靶点的三维坐标,从而实现对微小变形的非接触式的测量.通过摄影测量法得到了剪切薄膜褶皱的变形模式.实验研究表明,在剪切距离增大的情况下薄膜褶皱的数量保持不变,但是褶皱面外变形幅度随着剪切距离的增加而增大.试验结果与数值分析结果具有相关性,摄影测量法适合于薄膜结构微小面外变形的非接触式测量.     

空间薄膜结构动态测试研究最新进展

空间薄膜结构是一种主要由薄膜材料制成的新型大型轻量化结构,在深空探测中可用于构建大型天线、太阳帆、太阳能集中器等新概念飞行器。它具有超低频率、密集模态、局部模态、几何大变形、高柔性、低密度、强非线性、以及承载能力随充气压力改变等一系列特点,传统的实验模态分析方法已经不满足此类结构的测试要求。同时在地面测试时容易受空气附加质量、地球重力及温度、湿度环境影响,这给动态测试带来很大困难。本文首先总结了适合薄膜空间结构的动态测试技术如新型智能传感器,激光测量和数字图像测量等非接触测试方法最新进展,并比较分析各测试方法优缺点。此外对微重力、真空、交变温度等空间环境对动态测试结果的影响进行总结,存在缺陷对动态测试结果的影响进行评述,最后针对目前空间薄膜结构动态测试中存在的问题进行探讨并指出未来发展方向。