新超导体MgCNi3的虚晶掺杂研究

用全势线性缀加平面波方法,考虑局域自旋密度近似研究虚晶掺杂MgCNi3的超导电性和磁性.计算了自旋极化能带结构、体弹性模量和它对压力的导数、原子磁矩 m 及其变化率.计算结果表明,对于电子掺杂的Mg1-xAlxCNi3(0≤x≤0.5), 超导电性和磁涨落随掺杂量的增加逐渐减小.空穴掺杂的Mg1-xNaxCNi3,在x＝0.12处出现铁磁相变,超导电性消失.在MgCNi3少量空穴掺杂区域(0≤x<0.12),表现为超导与磁涨落共存的不稳定状态.     

基于STM32的空调散热片粉尘自动监测仪的设计

为了对空调散热片上的粉尘进行准确检测,设计并实现了一种超低功耗高精度粉尘自动监测仪。该系统由ARM处理器、阵列式光电传感器模块、微弱信号调理电路、模/数转换电路、触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警系统、继电器开关控制电路、时钟模块以及串口通信模块构成。以STM32微处理器为主控,通过脉冲驱动阵列式光电传感器对空调散热片粉尘进行差分检测,并利用交流激励低噪声AD7195模数转换器将经过放大滤波处理后的电压信号转换成数字量。微处理器接受数字量后进行分析与处理,可实现分级别通过液晶显示和声光报警及时提醒用户清洗空调散热片,并且带有强制断电功能。经实际应用,该智能化空调散热片粉尘自动监测仪能有效精确实现实时显示、光电报警、上位机通信等功能,对各类空调内部散热片都能很好的监测,具有很强的实用价值。     

探空湿度测量太阳辐射误差修正流体动力学研究

针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了相对湿度测量的准确度,提出一种新颖的相对湿度误差修正方法—–基于流体动力学的数值分析法.在流体-固体耦合传热数值模拟分析中考虑探空湿度传感器的外部热环境情况,施加对流-太阳辐射耦合热边界条件,建立了地面到32 km高空不同气压和温度条件下探空湿度传感器的温度误差分析模型.结合Goff-Gratch饱和水汽压逼近公式,进而提出了相应的相对湿度误差流体动力学数值分析模型,并且着重研究了太阳辐射方向、传感器尺寸、反射率和衬底材料热导率等物理参数对相对湿度误差的影响.分析数值仿真结果表明:随着海拨的升高,其与太阳辐射加热引起的相对湿度误差之间存在非线性的单调递增关系;太阳辐射方向对于湿度测量精度的影响显著,当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大、传感器顶部时次之、侧面时误差最小;虽然通过减小探空湿度传感器的尺寸、降低衬底材料的热导率以及提高反射率均可以一定程度地降低太阳辐射加热引起的相对湿度误差,但是在低气压高空条件下,太阳辐射加热误差对于湿度准确性的影响仍然十分明显,需加以修正.与实验结果对比表明,基于流体动力学模拟仿真的相对湿度误差数值分析法为辐射误差修正提供了一种新的途径.     

阵列式无线压力传感器系统设计与迟滞补偿研究

为提高传统硅压阻式压力传感器的测量精度,针对性地设计与实现了一种带有迟滞误差校正功能的阵列式无线压力传感器系统。该系统采用了硅压阻式传感器阵列和高精度模数转换器AD7794,以STM32微处理器作为数据采集和信号处理的核心部件,并通过无线蓝牙传输模块将测量数据发送至手机接收端,以手机APP显示测量结果有利于用户对压力实现无线监测。针对硅压阻压力传感器的迟滞非线性,基于最小二乘法与函数校正法对压力传感器阵列的输出信号进行了非线性和迟滞误差补偿,结果表明：迟滞误差从原来的±0.152%降为±0.077%,,有效地提高了系统的测量精度。     

一种用于传感器模拟前端的可编程增益放大器

基于华虹0.18μm CMOS工艺设计了一款用于传感器模拟前端的可编程增益放大器(PGA),其整体采用全差分结构来抑制传感器输出的共模噪声、直流分量以及供电电源的输出噪声。该电路由仪表放大结构轨对轨输入级、轨对轨自动调零全差分运算放大器、数字控制电路以及直流分量消除电路这四个部分构成,同时采用连续时间自动调零校准技术来降低其输入失调电压。PGA的放大倍数为5 bit调节,共12个档位,分别为1,2,4,8,…,1024,2048倍。在3.3 V电源电压下,PGA输入输出摆幅为0.2～3.1 V。在输入500 mV的直流分量条件下,在-40～125℃的温度范围内,可将直流分量抑制到47.6μV。通过Virtuoso软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证,后仿真结果表明,在进行100次蒙特卡罗仿真下,电源抑制比和共模抑制比在1 kHz处的平均值分别约为110.3 dB和116.1 dB,输入失调电压的1σ值约为21.3μV。     

用于气象观测的阵列式温度传感器流体动力学分析与实验研究

传统百叶箱和防辐射罩内部的温度传感器受到太阳辐射会导致其温度高于大气真实温度, 升温量可达0.8 K甚至更高. 为提高大气温度观测精度, 本文设计了一种阵列式温度传感器. 利用计算流体动力学方法分析计算该传感器在不同环境条件下的辐射升温量, 采用遗传算法对计算结果进行拟合, 获得辐射升温量修正方程. 为验证阵列式温度传感器的实际性能, 研制了强制通风温度测量平台. 将阵列式温度传感器、配有传统防辐射罩的温度传感器和强制通风温度测量平台置于相同环境下, 进行大气温度观测比对实验. 配有传统防辐射罩的温度传感器辐射升温量平均值为0.409 K; 与前者相比, 阵列式温度传感器的辐射升温量仅为0.027 K. 这种阵列式温度传感器可将辐射升温引起的误差降低约93%. 辐射升温量实验测量值与修正方程修正值之间的平均偏移量为0.0174 K, 均方根误差为0.0215 K, 该结果验证了计算流体动力学方法与遗传算法的准确性. 如果配合计算流体动力学方法与遗传算法, 温度测量精度有进一步提高的潜力.     

用Excel研究单摆测重力加速度实验中的随机误差分布规律

在单摆法测重力加速度实验中,为了能够快速且正确地得到摆球运动周期的随机误差分布规律,本文提出了一种应用Excel软件给出随机误差统计直方图的方法。该方法简单直观,能够加深同学对随机误差统计规律的认识。     

P型硅纳米板压阻特性的理论研究

考虑量子尺寸效应与自旋轨道耦合作用,从含有应变的6×6 Luttinger-Kohn哈密顿量出发,采用有限差分方法建立了p型硅纳米板的能带结构模型.基于硅纳米板压阻特性与其能带结构的相关性,采用改进的压阻理论定量分析了厚度、杂质浓度与温度对其压阻系数的影响.研究结果表明:量子尺寸效应强烈改变了硅纳米板的能带结构,是其压阻系数增大的主要因素,而自旋轨道耦合作用仅对含较高应变的硅纳米板的能带结构有较大影响;硅纳米板的压阻系数具有尺寸效应,随厚度减小而增大,随杂质浓度增加或温度升高而减小.在高简并条件下,硅纳米板的压阻系数与温度无关,完全由杂质浓度的大小控制;在非简并条件下,情况刚好相反.最后,利用施加应力前后空穴等能面形状的变化定性分析了硅纳米板压阻特性的起源.     

Fractal dimension of scattering equivalent section of aerosol and its calibration mechanism

The correct calibration of coefficients in the inversion model for aerosol mass concentration is the precondition of obtaining highly precise results. The concept of the fractal dimension of scattering equivalent section is presented, and the calibration mechanism of the fractal dimension is discussed. Based on the calibration mechanism, the stability of the fractal dimension is analyzed. Theoretical analysis and experimental results indicate that the fractal dimension obtained by the intersection point calibration method is stable, while that calibrated by the Gauss-Newton method is instable, which only describes the shape characteristic of a small sample. The study of the calibration mechanism for the fractal dimension markedly enhances the present model for aerosol mass concentration.     

用于强对流天气观测的微型云水含量传感器

针对传统云水含量传感器体积大、功耗大等局限性,设计了一种测量强对流天气中云水含量的微型云水含量传感器。通过理论分析和有限元仿真,对微型传感器在云中液态水的蒸发以及气流传热作用下的温度场进行仿真计算,得出加热电阻所需功率和云水含量之间关系。运用PID控制原理对传感器迎风面温度进行实时的控制,使其温度误差在±0.3℃范围内,实验结果表明,在云水含量为0.4g/m3时,传感器功耗仅为3.32W。经过模拟测试,该传感器体积小、功耗低、重量轻,可用来对强对流天气进行云水含量测量。