基于IDE-BPNN的快速反射镜迟滞建模

由压电陶瓷驱动的快速反射镜(FSM)现已被广泛用于自适应光学系统的执行环节,为了对其迟滞效应精确建模,该文提出了一种针对FSM的IDE-BPNN建模方法。基于Madelung法则以最小二乘法构建称迟滞算子作为迟滞运动的基本描述,扩展训练用的数据集,并采用改进的差分进化算法(IDE)对BP神经网络(BPNN)进行训练。实验表明,当输入30 Hz衰减的正弦信号时,IDE-BPNN模型的单轴最大误差为0.745μrad,归一化最大误差为0.87%,归一化均方根误差为0.36%。相较于最小二乘建模法,相对于最小二乘模型误差大幅缩小,有较好的使用价值。     

基于LSTM神经网络的压电执行器位移迟滞建模

该文搭建迟滞测量实验平台,测量一种用于LED晶圆检测压电执行器的迟滞效应,设计了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的压电迟滞模型,使用时间序列预测法对压电执行器位移迟滞效应建模。将该模型与传统的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型进行对比。实验结果表明,神经网络模型具有较好、较广泛的迟滞建模效果,对于正弦波,位移预测精度保证小于2%;对于衰减正弦波,位移预测精度可保证小于3%。较高的模型预测精度为使用压电执行器进行LED晶圆检测提供了依据。     

BS-PT基高温压电超声换能器研究

针对高温超声检测技术的应用需求,该文研究了基于钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)基高温压电陶瓷材料的高温超声换能器。利用PiezoCAD器件仿真软件设计并制作了一款1 MHz的高温压电超声换能器,且在200 ℃下对该器件的电学和声学性能进行了测试和分析。结果表明,随着测试温度的升高,换能器的脉冲回波幅值虽略有降低,但其中心频率、带宽变化不明显,带宽仍保持在20%左右。该文设计并制备的BS-PT基高温压电超声换能器可以在200 ℃环境中正常稳定工作。     

基于压电力显微镜的铌酸锂电畴稳定性研究

研究了Z切700 nm厚的单晶铌酸锂(LiNbO₃)薄膜电畴的调控方法。利用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)对单晶LiNbO₃薄膜的晶向和形貌进行了表征,并通过外加电场对单晶LiNbO₃薄膜电畴进行调控。研究结果表明,该LiNbO₃薄膜具有单一的(006)衍射峰,表面光滑、粗糙度低(均方根粗糙度小于1 nm)。通过外加电场和预设电畴图案对LiNbO₃电畴进行精准调控,并测试了电畴稳定性。测试结果显示,调控后的电畴在温度为25~150℃内处于稳定状态,且在30 d内保持稳定,未发生弛豫现象。该研究为LiNbO₃电畴工程器件的研发和应用提供了重要的技术支撑。     

压电能量收集接口电路的设计与仿真

为了给无线传感器网络节点提供稳定、高效且长期的能量供给,该文提出了一种基于增强型同步电荷提取电路的压电能量收集接口电路(ESECE)。利用Multisim电路仿真软件对增强型同步电荷提取电路进行仿真,并与标准压电能量收集接口电路(SHE)和同步电荷提取电路(SECE)进行对比分析。实验结果表明,在相同激励条件下,ESECE比SECE的输出功率提高了近30%,最大输出功率达到190μW,同时还保证了输出功率与负载电阻的无关性。     

膜片封装下光纤激光水听器的低频动态响应

为了探究膜片封装光纤激光水听器中光纤激光器产生弯曲振动的机理,首先基于梁的横向振动理论建立了光纤激光器弯曲振动模型,之后根据实际的封装结构进行了有限元仿真,分析了光纤激光器的固有频率与光纤激光水听器频响之间的定量关系,最后批量封装了光纤激光水听器,进行实验验证。仿真及实验结果表明:光纤激光器两端采用一体化硬固定方式易使光纤激光器发生弯曲振动;当光纤激光器的一阶固有频率落在工作频段内时,在谐振峰附近,光纤激光器的中心波长发生非均匀漂移,此时在远离谐振峰的频段内,水听器频响的平均值约为-135 d B,谐振峰值约为-125 d B。本研究为光纤激光水听器封装工艺的后续改进提供了参考。     

Detection of Tumor Necrosis Factor Gene by Piezoelectric Nucleic Acid Senosr

A piezoelectric nucleic acid sensor was constructed ofr detection of tumor necrosis factor gene.Two methods were employed for immobilization of nucleic acid probe on gold electrode of piezoelectric crystal.The results show that polyethyleneimine adbesion and glutaraldehyde cross-linking method has higher sensitivity,stability and selectivity than protein A method.The solid-phase nucleic acid hybridization of oligo unclecotides and tumor necrosis factor target gene sequence were monitorde using this sensor.Tumor necrosis factor gene sequence(580bp) was detected by this nucleic acid sensor for the first time.     

电解沉积压电频移分析的理论与验证

提出了控制电位电解和恒电流电解两类电解沉积的压电频移分析法测定的理论公式,用实验结果验证了它的正确性.     

多个局部温度载荷下压电半导体纤维杆的压电电子学行为分析

温度改变产生的极化电势可对压电半导体结构内的物理量进行有效调控,这在穿戴电子器件及与温度相关的半导体电子器件中有重要工程应用价值.本文针对在多个局部均匀温度变化作用下的压电半导体杆结构,采用一维热压电半导体多场耦合方程,基于线性化的漂移-扩散(drift-diffusion)电流模型导出了问题的解析解.以两个局部温度载荷情况为例,数值分析了局部温度改变对压电半导体内位移、电势、电位移、极化强度、载流子分布等物理场的影响.对于温度改变较大的情况,在COMSOL软件的PDE模块中,采用非线性电流模型,进行数值模拟.研究结果表明:由于两个局部区域的温度改变,在半导体杆内形成了局部势垒和势阱,不同的温度改变量和作用区域会产生不同高度/深度的势垒/势阱,为基于压电半导体的热压电电子学器件结构设计提供了理论指导.