MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位。基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点。设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器，即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器，用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真，得出了风速与挠度、剪切力的关系。用惠斯通电桥测量传感器输出信号，通过单个传感器的二次封装测量风向信号。制作出了硅悬梁式测风传感器，并进行了初步测试。     

一种气压传感器新型标定补偿方法（英文）

通常气压传感器的标定补偿方法复杂耗时,开发了一种新的方法去简化气压传感器的标定补偿。首先,设计恒温结构,并通过PID算法自动调节,使气压传感器的核心敏感元件工作于某一个固定温度(此温度稍高于气压传感器需要工作的最高温度点);其次,把气压传感器在与这个固定温度点相等的环境温度下进行标定;最后,完成标定后不管环境温度如何变化,气压传感器敏感元件始终工作在一个恒定的温度,因此气压传感器的标定与补偿可以得到简化。经测试,气压传感器在一定的环境温度范围内实现恒温工作,标定后可以以较高的精度测量气压,实验结果表明经过标定补偿后的气压传感器可以在实际中应用。     

Hybrid device for acoustic noise reduction and energy harvesting based on a silicon micro-perforated panel structure

A kind of hybrid device for acoustic noise reduction and vibration energy harvesting based on the silicon micro- perforated panel （MPP） resonant structure is investigated in the article. The critical parts of the device include MPP and energy harvesting membranes. They are all fabricated by means of silicon micro-electro-mechanical systems （MEMS） tech- nology. The silicon MPP has dense and accurate micro-holes. This noise reduction structure has the advantages of wide band and higher absorption coefficients. The vibration energy harvesting part is formed by square piezoelectric membranes arranged in rows. ZnO material is used as it has a good compatibility with the fabrication process. The MPP, piezo- electric membranes, and metal bracket are assembled into a hybrid device with multifunctions. The device exhibits good performances of acoustic noise absorption and acoustic-electric conversion. Its maximum open circuit voltage achieves 69.41 mV.     

基于FMCW雷达的非接触式医疗健康监测技术综述

非接触式的医疗健康监测系统解决了用户依从性问题,避免了佩戴电极、传感设备进行监测带来的不舒适感,更有助于将健康监测融入日常生活。非接触式监测手段具有持续地监测用户健康状况的潜力,能够在突发急性医疗事件出现时及时示警,且能够满足新生儿、烧伤患者、传染病患者等特殊人群的监测需求。调频连续波(FMCW)雷达能够同时捕获雷达视场内目标的距离、速度信息,可用于非接触式地监测用户的心率、呼吸率等生理体征及跌倒等行为动作,且从技术上易于单片集成,成本可控,因此在医疗健康监测领域有着重要的应用价值。该文首先阐述了将FMCW雷达应用于非接触式医疗健康监测技术的理论基础,然后系统性地归纳了该领域中的典型前沿应用,最后总结了基于FMCW雷达的医疗健康应用这一领域的研究现状及局限性,并对其应用前景与潜在的研究方向进行了展望。      

基于介电泳诱捕与阻抗测量的三维网格型生物传感器的研究

微粒分离与检测的集成,一直是微全分析系统亟待解决的难题.结合介电泳与生物阻抗谱测量,设计了一种三维介电泳芯片.以SU8胶为材料的绝缘夹层以及其上方和下方网格状交叉的电极阵列,构成了芯片的关键区域,且在SU8绝缘夹层中利用光刻技术形成了圆柱状小势阱.三维的网格状阵列结构及具有束缚电场功能的SU8电介质,共同形成了其独特的...     

基于光纤传感的生理参数监测系统研究

常规生理参数监测系统由于测量时接触皮肤,因此舒适感差、个体依从性差。为解决上述问题,该文基于生理的微弱运动可致光纤微弯曲变形进而致光强度发生变化的原理,研制了新型的基于光纤传感的生理参数监测系统。该系统通过光探测器自适应地检测细小的光强变化获得心冲击图(BCG)信号,利用信号处理算法获取心率、呼吸率和体动等信息;把光纤嵌入床垫或坐垫设计为三明治结构,既保护了光纤又增强了系统的可靠性和稳定性;采用蛇形返折走线将光纤均匀地分布在垫子中间,使系统具有高灵敏度。通过多家医院临床标准方法对比测试可得在95%的置信区间(±1.96SD)内该系统心率均值误差为–0.26±2.80次/min,与标准值之间的相关性为0.9984;呼吸率均值误差为0.41±1.49次/min,与标准值之间的相关性为0.9971。实验表明,研制的系统可在零负荷的状态下无感进行生理参数测量,在健康医疗领域具有广泛的应用前景。     

基于心动周期估计的心音分割及异常心音筛查算法

心脏疾病是全球发病率和死亡率最高的疾病,心音听诊可以获取心脏的机械特性及结构特征,与超声心动图、核磁共振等无创诊断技术相比具有快速、低成本和操作简单的优势。心音信号成分复杂,容易受到各种噪声和干扰的影响,听诊诊断结果容易受到医生主观性的影响,极大限制了心音听诊的应用。该文提出一种基于心动周期估计的心音分割及异常心音筛查算法,预先估计了心音的心动周期,存在随机干扰的情况下也可以正确识别信号中80%以上的心动周期,提高了算法的稳定性。同时提出了区分度良好的时域和频域特征指标,利用支持向量机建模,对异常心音的识别率可达92%。算法可辅助医生诊断,或用于家用便携式心音监护设备。     

基于可穿戴设备的日常压力状态评估研究

现代生活普遍压力较大,容易引起消极痛苦的应激,导致不良情绪甚至滋生各类慢性病。心理专家需要了解个体的压力状态,从而开展对应性心理疏导和治疗。传统心理学自评法存在一定的主观性;基于生理多导仪的压力状态评估法,受设备体积所限无法用于日常压力状态评估。针对上述问题,该文采用可穿戴式传感设备实时采集个体生理信号,利用心理和生理的伴生关系,对个体的心理压力进行长期实时评估。同时通过蒙特利尔影像应激实验(MIST)诱发出被试平静、轻微及高度压力3种压力状态,此实验范式同时包含认知负荷精神压力因素与社会评价心理压力因素,与日常真实生活更为接近。该文共采集39名健康被试的实验数据,通过对数据的特征值提取等预处理,结合随机森林算法对最优特征子集进行选择,采用支持向量机(SVM)分类算法对3种压力状态进行分类预测。实验结果表明,通过随机森林特征选择优化后的SVM分类,与通用的单一SVM分类算法相比,具有更好的分类识别效果,对3种压力状态的分类准确率可从78%提高至84%。     

基于圆柱绕流直径压强差的二维风测量方法

基于流量传感器的圆柱结构2维风传感器,其测量性能对地面风测量而言不够准确。由此,该文通过分析风洞实验数据,建立一种数学模型来描述圆柱绕流中直径两端压强差的分布,并根据该模型提出一种通过检测该直径压强差来计算风速风向的2维风测量方法。对风洞测试数据应用该方法,在2~40 m/s风速范围内,风速计算值误差不超过(0.2+0.03 V) m/s,风向计算值误差不超过5。相比使用流量传感器的圆柱结构2维风传感器,该方法提高了测量准确度。同时,该方法不需要转动部件,不受机械摩擦和惯性的制约,需要占用的空间小。     

MEMS硅膜电容式气象压力传感器的研制

基于MEMS的电容式压力传感器以其低成本高性能在气象测量中有着广阔的应用前景.利用ANSYS软件模拟接触式电容压力传感器的工作状态,得到硅膜的形变和应力分布状况.制作流程采用简单标准的工艺:利用KOH各向异性腐蚀进行硅片大面积、大深度腐蚀减薄,分析了其浓度配比对硅面平整度特性的影响,采用阳极键合形成真空腔,试验反应离子深刻蚀形成硅膜的效果.芯片测试结果表明方案可行.