表面残余应力的仪器化压入检测方法研究进展

针对表面残余应力的仪器化压入检测方法,阐释利用压入方式检测残余应力的基本原理及其力学机制,梳理建立残余应力压入检测方法的常用技术路线,结合残余应力压入检测方法的不同分类,着重分析6种代表性压入检测方法的优势与局限,讨论验证压入检测方法可靠性的常用方法,最后总结残余应力压入检测方法的研究进展,展望未来的发展趋势为建立无需参考试样一体化检测材料力学参数和非等轴残余应力的仪器化压入分析方法,探讨建立方法的四个研究要领,即机制清楚、分析可靠、技术可行、结果可信.仪器化压入检测技术是郑哲敏先生晚年的研究兴趣之一,作者在中科院力学所工作期间曾受到郑哲敏先生的热切关注和提问式激励,谨以此文纪念郑哲敏先生逝世周年.     

基于Aharonov-Bohm笼的非厄米趋肤效应抑制现象

能带理论在光学领域的应用为控制光传输提供了有效手段,非厄米趋肤效应的发现扩展了传统能带理论的范畴,能够实现新型光局域和单向传输现象.然而在光学体系,如何有效地产生并调控非厄米趋肤效应仍然是重要的研究主题.本文研究了具有规范势的准一维菱形光晶格中的非厄米趋肤效应,通过计算本征能谱、环绕数和模式演化特性,发现规范势能够对趋肤效应强弱进行有效调节.当规范势大小为π时,趋肤效应被完全抑制,而由Aharonov-Bohm笼效应引起的平带局域占主导.利用间接耦合微环谐振腔阵列,可同时产生合成光子规范势和非对称耦合,为研究Aharonov-Bohm笼和趋肤效应的竞争机制提供了可能的实现方案.本研究结果为利用规范势调控趋肤效应提供理论基础,在发展片上非磁性单向传播器件也具有潜在的应用前景.     

新型的ISFET微传感器读出电路单芯片集成研究

生化微传感集成系统是目前的研究焦点,本文以在线性区和饱和区两种模式下工作的pH-ISFET作为研究对象,提出ISFET微传感器与其信号读出电路的单芯片集成,并深入研究传感机理以及与标准CMOS兼容的敏感材料制备技术.整个芯片包含ISFET/REFET微传感差分对、双模式ISFET/REFET放大器、次级差分放大、参比电极Pt、恒流源等,采用新加坡Chartered半导体集成电路公司3.3V标准CMOS工艺流片.同时进行传感器芯片的pH响应实验测试,获得53mV/pH灵敏度.     

片上网络拓朴优化:在离散平面上布局与布线

微系统芯片(System-on-Chip,SoC)发展到今天,集成密度指数增长和芯片面积的急剧膨胀使得全局连线的延时上升,可靠性下降,成为集成电路的设计瓶颈.片上网络(Network-on-Chip,NoC)是解决整个芯片上数据有效传输的结构之一,以片上网络为基础通信架构的微系统芯片称为片上网上系统芯片(System-on-Network-on-Chip,SoNoC).微系统芯片内通信模式兼有随机性和确定性,应该根据特定应用的通信特征设计片上网络.本文在确定SoNoC设计流程的基础上,根据SoNoC的通信特征,选择了合适的离散平面结构,对SoNoC的运算及控制等模块进行布局、对模块间的通信依赖关系进行布线,发展出FRoD(Floor-plan and Routing on Discrete Plane)算法,以自动生成片上网络的拓扑结构.该算法定义了离散平面的一般表示方法,并在四种典型的离散平面上使用不同规模的随机系统完成了系列实验.为了处理系统和网络之间的耦合关系,逐点分裂的布局算法可以逐步学习和适应系统的通信需求,同时优化系统的执行时间和通信能量,在运行随机任务流图的模拟系统上与随机布局结果相比可以节省30%左右的通信能量,20%左右的系统通信时间.串行、并行和串并混合的布线算法使用最短路径把通信关系分布在离散平面的通道上,使不同的通信关系尽量复用网络通道,与全连接网络相比可以节省10%到30%的面积代价.     

试验优化设计GdTaO4:RE/Yb(RE=Tm,Er)荧光粉制备及上转换发光特性研究

为得到GdTaO₄:RE/Yb(RE=Tm, Er)系列最大特征发光强度的上转换荧光粉,通过试验优化设计建立了980 nm激光激发下荧光粉发光强度与其稀土掺杂浓度的回归方程,其中Tm³⁺/Yb³⁺样品结合均匀设计和二次通用旋转组合设计, Er³⁺/Yb³⁺样品则利用均匀设计和三次正交多项式回归设计分步寻优.检验并求解回归方程,分析浓度与发光强度关系,结果表明RE³⁺(RE=Tm, Er)和Yb³⁺浓度变化均对发光强度影响显著,且在试验空间中存在光强极值点.同条件下再次通过高温固相法制备最优发光样品.分析最优样品X射线衍射(XRD)图谱,结果表明样品均为纯相, Li+助熔剂掺杂会抑制反应杂相的产生,稀土的掺入使衍射峰向高角度偏移,且不改变峰形.分析激发功率与发光强度的关系,结果表明Tm³⁺/Yb³⁺共掺的蓝光发射为三光子过程, Er³⁺/Yb³⁺共掺...     

光电离/离子迁移谱技术研究

为了实现仪器的实时在线监测,利用能量为10.6 eV的紫外光灯取代传统础Ni放射性电离源,自主研发出便携、快速、高灵敏的光电离/离子迁移谱仪.紫外光灯为直流供电,避免了放射性物质严格的操作规程,并且实现了易制毒化学品有机物分子的软电离.最近的实验结果表明,在列出的23种违禁物品中,13种以上可以得到快速有效的鉴别,检测时间在几秒以内,检测下限可以达到PPb量级,其中挥发性成分的检测结果尤为显著.     

二维电容式硅微加速度传感器的刚度求解

硅微电容式加速度传感器具有灵敏度高、噪音低、漂移小、功耗低、结构简单等优点,在军民两用市场中有着广泛的应用前景.本文针对自主开发设计的一种带折叠梁的二维叉指电容式硅微加速度传感器,采用力法求解了其主轴刚度,为进一步研究该二维微加速度传感器的动态响应特性提供了理论依据.     

压电微悬臂梁微弱压电信号检测

压电微悬臂梁是一种利用压电元件的逆压电效应驱动微悬臂梁使其振动，并利用压电元件的压电效应来检测梁的变形量的集成微驱动器和微传感器。文中讨论了压电微悬臂梁中的压电元件的两种等效电路模型，并且提出了检测微压电信号的检测系统以及两种前放电路。在检测微悬臂梁频率响应特性的实验中得到了较好的结果。     

改进的模糊熵与图像局部信息相结合的遥感图像分割新算法

针对传统的一维最大模糊熵图像分割算法没有考虑图像的局部信息而对噪声十分敏感的这一不足,本文提出了结合图像局部信息的一维模糊熵图像分割算法。该算法将图像的空间信息和像素信息引入到一维模糊熵图像分割算法中,并运用微正则退火算法对一维最大模糊熵进行改进,从而提高了传统的一维最大模糊熵分割精度。实验结果表明,该算法显示了很好的分割效果和较强的抗噪性能。     

薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性

研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(AlN)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。