显微条纹投影小视场三维表面成像技术综述

智能制造不断向着精密化、微型化、集成化的方向发展,具有代表性的集成电路技术及其衍生出的MEMS等微型传感器技术等得以迅猛发展,快速精确地获取微型器件表面信息并进行缺陷检测对于集成电路和MEMS等产业发展具有重要意义.基于结构光的条纹投影技术具有非接触、高精度、高效率、全场测量等优点,在精密测量中发挥着重要的作用.近年来...     

基于FPGA和DSP的微型惯导系统

 惯导系统的硬件组成直接影响到系统的体积和解算速度,构建合理的硬件系统直接关系到惯导系统的精度指标。针对某小型惯导系统对体积和解算精度的特殊要求,解决已有微型惯导系统的方案缺陷,提出一种工程实用强的惯导系统。该系统用FPGA作为采集控制惯性传感器的核心芯片,设计了并行采集方案,32位浮点型高速DSP实现惯导解算。经过转台测试与外场试验表明：系统具有抗干扰能力强、实时响应迅速、惯性单元标定简便、易实现等优点,系统指标完全满足原设计要求。     

LON智能变送器设计与实现

智能化仪器仪表设计研究成为新一代工业制造技术突破的重要瓶颈之一。LON智能变送器是基于LonWorks总线,具有多种信息智能处理的智能变送器,能够将标准的模拟信号、传感器输出的非标准的弱模拟信号及其脉冲信号转换为数字信号,与其它控制仪表实现双向数字通讯。LON智能变送器除了具有数字调零、数字滤波等功能外,其重要特征是具有传感器故障诊断与处理功能,在传感器失效后,能够在一定时间内继续输出有效数据,保证控制系统的稳定和安全。     

基于WSAN的道路积水监控系统的设计与实现

强降雨及城市排水系统的老化,使得城市道路低洼处积水严重,对市民人身安全、财产、路基、城市交通产生不容忽视的影响。针对该问题,采用无线传感器/执行器网络（WSAN）技术,设计了道路积水监控系统。该系统分为传感/执行层、网络层和应用层三层。传感/执行层的传感器节点使用超声波传感器采集积水信息,执行器节点使用执行器水泵进行排水;网络层网关及汇聚节点使用ZigBee网络和GPRS网络相结合来实现传感/执行层与应用层之间的数据双向传输;应用层服务器储存采集的道路积水信息,调用百度地图API将实时信息显示在web端,并通过网络层发送指令控制积水区域内的执行器水泵动作,实现闭环控制。该系统能够简洁有效地实现道路积水信息的实时共享,可以实现及时排水,具有实际的应用价值。     

城市内涝监测预警信息系统研究

针对越来越严重的暴雨至涝现象,为了让普通民众可以通过智能移动终端应用便捷地获取并分享汛情信息,更好地避灾避险并参与到抢险救灾中,基于现有城市道路积水监测系统的基础数据,采用移动GIS和云服务等技术,设计了具有道路实时积水呈现、道路通行重要告警、汛情实景图片、政府信息通告等功能的一体化城市内涝监测预警信息系统。该系统包括内涝监测预警信息服务平台和智能移动终端应用两部分,基于云技术构建“内涝监测e警”平台并设计了基于移动云服务的数据统一调度与管理,基于移动Web技术开发“内涝监测e警”智能终端应用,应用和平台之间基于移动Web和移动GIS技术实现数据访问。测试显示该系统支持大量用户的并发访问,能够简洁有效实现内涝监测数据信息共享,对城市内涝监测预警具有实际的应用意义。     

MCS—51系列单片机在物理实验仪器中的应用—智能速度加速度仪

本文介绍了使用 MCS-51系列单片机研制的智能速度加速度测试仪的设计思想和工作原理、软硬件设计、仪器的性能以及对其评价。该智能仪的特点是能记取并存储实验过程中由传感器(如光电门)转换的时间间隔数据,并有运算功能,得出速度、加速度、加速度绝对误差和平均绝对误差等数据,能存贮十次实验的数据。不仅适用于匀加速直线运动、谐振动和各种条件的碰撞,还适用于匀加速转动实验,验证转动定律和测定转动惯量等实验。它改善了实验条件,提高了对实验数据判别的及时性。     

一种基于继电器的交流异步电机控制电路的设计和应用

介绍了一种基于继电器的交流异步电机的控制电路,该控制电路通过弱电控制强电,实现单相和三相交流异步电机的启停和正反转。结合单片机和传感器等器件,本研究将此控制电路应用于智慧农场的大棚种植和家禽养殖,实现智能灌溉、采光、通风和控温等功能。此控制电路具有广阔的应用前景。     

基于双频超声波技术的导盲实验设计

为提高学生对超声波的实际应用能力,在超声波测距技术的基础上,引入广泛应用于海洋探测方法中的双频超声波探测技术设计了一个导盲实验。该导盲系统能够在十几米甚至二十米的范围精确地探测障碍物距离,同时具有大量程与高精度两大优势,且采用太阳能供电,报警装置还可以播报障碍物距离。     

基于VI-SLAM的四旋翼自主飞行与三维稠密重构

提出全自主的微型飞行器,使用板载传感器实现三维的同时定位与稠密重构。在ORB-SLAM系统的基础上,基于扩展卡尔曼滤波器实现了视觉-惯导的传感器融合,提高了系统的稳健性和精度以满足微型飞行器自主飞行的要求。由于ORB-SLAM系统创建的稀疏的特征地图不能用于微型飞行器的避障和导航,使用双目摄像机提出了改进的构建地图的方法,由稀疏特征点地图扩展为稠密的八叉树地图。通过EuRoC数据集进行评估,可以验证本文算法较基于关键帧的视觉-惯导算法平均精度提升了1倍。将本文算法应用于所搭建的四旋翼自主飞行平台,仅依靠板载传感器和处理器,实现了全自主飞行与稠密地图构建,验证了本文算法的有效性和稳健性。     

基于光纤布拉格光栅传感器的光纤光栅智能夹层试验研究

传感元件与复合材料的一体化是智能结构研究的最终目标之一。设计一种具有自诊断功能的标准化、模块化光纤智能夹层系统,正是实现这种一体化最有潜力的技术途径。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的光纤光栅智能夹层,对智能夹层中光纤布拉格光栅传感器的应变、温度特性进行了标定试验,并建立了基于光纤布拉格光栅传感器光纤光栅智能夹层的应变、温度测量模型。试验表明,智能夹层内布拉格光栅波长偏移与应变、温度之间具有良好的线性关系。不过在温度测量时,必须考虑被埋人结构的热膨胀效应。利用光纤光栅智能夹层内光纤布拉格光栅传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

佩尔捷效应的演示

提出了智能佩尔捷效应演示仪器的设计方法,给出了仪器的框图.该仪器带有温度传感器和温度显示、电流方向转换和方向显示以及过热保护装置,使学生能直观地看到佩尔捷元件两表面温度的变化过程和电流方向的关系.     

ZnO纳米/微米结构传感器对乙醇气敏性研究

采用化学气相法分别在石英舟内表面和单晶硅衬底上制备了ZnO微米片、纳米线、微米四足体以及微米球4种结构,并制作了相应的气敏传感器。扫描电子显微镜、气敏测试仪等结果显示：合成的ZnO纳米/微米结构尺寸在200 nm~100 μm之间,传感器最佳工作电流区间为120~130 mA,其中微米四足体制备的传感器灵敏度高达127,展现出优异的气敏特性。在4种结构中,微米四足体材料内部的V_O缺陷含量最高,结合气敏测试与荧光光谱结果,我们认为材料内部的V_O缺陷含量是影响材料气敏特性的最重要因素。     

基于双光路原理的海水IOPs高光谱测量仪方案

设计了基于双光路原理的海水固有光学参数测量仪。该仪器可同步测量水体光谱吸收系数a、光束衰减系数c和体散射系数b。其中吸收系数a采用反射式吸收管测量,光束衰减系数c采用全吸收式样品池测量,体散射系数b根据c=a+b计算。光信号由光纤收集、光谱仪分光后用CCD探测器测量。光谱分辨率为4nm,灵敏度为0 001m-1。该仪器直接在水下工作,由水泵抽取被测海水,水下最大工作深度为200m。测量数据可以自动记录,同时也可以通过水下电缆实时传输到调查船实验室。     

微剪切应力传感器的加工工艺

提出了一种感测单元不直接接触流场的微剪切应力传感器结构,详细阐述了其感测单元MEMS制作工艺。采用热氧化硅掩膜方法解决了硅深刻蚀的选择比问题;优化后的硅深刻蚀工艺参数:刻蚀功率1600 W、低频(LF)功率100 W,SF6流量360 cm3/min,C4F8流量300 cm3/min,O2流量300 cm3/min。采用Cr/Au掩膜,30 ℃恒温低浓度HF溶液解决了玻璃浅槽腐蚀深度控制问题;喷淋腐蚀和基片旋转等措施提高了玻璃浅槽腐蚀表面质量。采用上述MEMS工艺制作了微剪切应力传感器样品,样品测试结果表明:弹性悬梁长度和宽度误差均在2 m以内、玻璃浅槽深度误差在0.03 m以内、静态电容误差在0.2 pF以内,满足了设计要求。     

Development of a high‐resolution confocal micro‐XRF instrument equipped with a vacuum chamber

A confocal micro‐X‐ray fluorescence (micro‐XRF) instrument equipped with a vacuum chamber was newly developed. The instrument is operated under a vacuum condition to reduce the absorption of XRF in the atmosphere. Thin metal layers were developed to evaluate the confocal volume, corresponding to depth resolution. A set of thin metal layers (Al, Ti, Cr, Fe, Ni, Cu, Zr, Mo, and Au) was prepared by a magnetron sputtering technique. The depth resolutions of the new instrument were varied from 56.0 to 10.9 µm for an energy range from 1.4 to 17.4 keV, respectively. The lower limit of detection (LLD) was estimated by comparison with a glass standard reference material NIST SRM 621). The LLDs obtained by a conventional micro‐XRF were compared with the LLDs obtained by a confocal micro‐XRF instrument. The LLDs were improved in the measurement under confocal configuration because of the reduction of background intensity. Finally, layered materials related to forensic investigation were measured. The confocal micro‐XRF instrument was able to nondestructively obtain the distribution of light elements that cannot be detected by measurement in air. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

大气光学湍流测量中平均时间和原始数据的筛选

 在使用温度脉动仪测量温度结构常数时，平均时间长度的选择会影响其测量结果。通过实际测量数据的分析和讨论，确定平均时间应该为10s左右，以得到真实可靠的结构常数。由于温度脉动仪在测量时会受到各种因素的影响，为了筛选掉不可靠的测量结果，提出了一种用温度脉动原始数据来对测量结果进行筛选的方法。该方法首先排除了实验纪录中的错误测量数据，其次对于异常的实验数据，如某一层结构常数数据的异常偏大或偏小，需要根据双点温差原始数据的频谱分析来确认数据是否正常，以进一步排除异常的测量结果，尽可能保证用以统计分析的数据真实可靠。     

Depth‐selective elemental imaging of microSD card by confocal micro XRF analysis

A semiconductor device, a microSD card, was measured by using two XRF instruments. 2D elemental images were obtained using a micro‐XRF system with a spatial resolution of 10 µm. Elemental distributions of the near‐surface region of the sample were clearly shown. Titanium was observed in the resin constituting the sample. Nickel and gold were observed on a terminal and localization of the sample. Elemental distribution of copper reflected the circuit structure of the measurement area that was in the neighborhood of the sample surface. Moreover, the elemental depth distributions of the sample were measured by using a confocal micro‐XRF instrument. The confocal micro‐XRF instrument was constructed in the laboratory with fine‐focus polycapillary x‐ray optics. The depth resolution of the developed spectrometer was 13.7 µm at an energy of Au Lβ (11.4 keV). The elemental images obtained at near‐surface by confocal micro‐XRF were the same as the results obtained from 2D micro‐XRF. However, different Cu images were obtained at a depth of several tens of micrometers. This indicates that microSD cards consist of a few different Cu‐circuit structure designs. The elemental depth distributions of each circuit structure of the semiconductor device were clearly shown by confocal micro‐XRF. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于掺铒光纤的微型光纤法布里-珀罗干涉传感器

提出了一种化学腐蚀掺铒光纤制作微型光纤法布里-珀罗干涉传感器的方法。通过对掺铒光纤进行化学腐蚀,形成凹槽,再与单模光纤直接熔接制作而成。实验制作的微型法布里-珀罗干涉传感器干涉条纹光滑,对比度达到15dB。对该微型光纤法布里珀罗干涉腔进行了应变和温度传感实验。实验结果表明,在0-600με￡内,波谷移动随应变改变的灵敏度达到1．7pm／με,线性度为0．9998,从73～23℃,波谷移动随温度改变的灵敏度3．9pm／℃,线性度为0．9982。该方法制作的微型光纤法布里-珀罗传感器具有操作简单,一次成型,制作成本低的优点。     

一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器

提出了一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器。该传感器纵向上采用表面等离子多层波导结构,横向上采用U型微环结构,以聚酰亚胺(polyimide,PI)为感湿材料。根据传输矩阵法推导表面等离子微环传感器结构的传递函数,外界环境的相对湿度变化引起聚酰亚胺的折射率变化,从而多层波导结构的有效折射率发生改变,导致传感器的输出光谱发生漂移。重点分析讨论了多层波导结构的传输特性以及感湿部位折射率的变化对输出光谱的影响。根据计算和仿真得出：当U型波导的两个耦合点间的距离为微环周长的整数倍时,传感器的输出光谱水平漂移量较大,自由光谱范围(FSR)加倍,达到128 nm,当外界环境相对湿度从10%RH变化到100%RH时,漂移量Δλ_m在0.005～0.038 μm之间变化,相比于其他湿度传感器,灵敏度提高了10～50倍,高达0.0005 μm/%RH,并且传输稳定。结果表明：设计的表面等离子微环传感器,灵敏度较好,性能稳定,可以应用于湿度测量,并且实现了在高灵敏度感湿的同时兼顾大范围的滤波选频,为微型光学器件的制备提供了理论基础。     

基于LabVIEW的牛顿第二定律实验教学平台设计

为了改善传统牛顿第二定律的教学局限,将基于声卡的数据采集技术和虚拟仪器测量技术引进牛顿第二定律实验,研制加速度传感器,在上位机利用LabVIEW软件编程进行数据处理和图像显示,构成一套智能实验系统.