2012, 34(6):814-816. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.002
摘要:利用线性调频(Chirp)信号的脉冲压缩特性,设计并实现了一种Chirp_UWB通信系统的接收机电路。该电路首先使用两块正负斜率的声表面波色散延迟线(SAWDDL)分别对两路相同的Chirp_UWB信号进行匹配压缩,再通过包络检波、整形、A/D采样及数字处理等模块恢复原始码元。实验表明该接收机具有系统可靠性高,硬件电路调试简单及适合产品的批量生产等特点。
2012, 34(6):817-819. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.003
摘要:针对谐振型声表面波(SAW)传感器,研究了3种不同窗函数加权对SAW传感器谐振响应副瓣抑制的影响,仿真结果表明,凯瑟尔窗在旁瓣抑制上性能最优,阻带最小衰减达-120.2 dB。同时制备了以LST切型石英为基片材料,凯瑟尔窗为加权函数的SAW温度传感器。测试和应用试验表明,所设计的传感器性能具有良好的一致性、温度频率特性和旁瓣抑制能力,能较好满足面向电网温度状态监测的应用。
2012, 34(6):820-823. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.004
摘要:压差式矢量水听器基于声场有限差分原理进行声压梯度测量,而光纤声压传感器结构相对复杂,在工艺上难以保证传感器间的灵敏度一致性。研究了声压传感单元不一致对压差式光纤矢量水听器的影响,指出声压传感基元灵敏度不一致对实际应用中的行波场条件下的测量影响更严重,采用传统的驻波管校准后的压差式光纤矢量水听器在实际运用中就会造成声压的相位测量误差。提出了可通过一维方向上采用双干涉仪结构来克服此问题,并分析了该结构的压差式光纤矢量水听器的驻波管校准方法,依据该方法进行测试,可克服声压传感基元灵敏度不一致的影响,使其能在实际中得以应用。
2012, 34(6):824-827. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.005
摘要:提出了一种基于Labview的数字化光纤光栅信号解调系统,实现了光纤光栅应变传感波长解调。采用Labview编写程序实现信号的实时采集、处理、显示,解决了普通光纤光栅解调设备成本高,体积大等难题;进行了基于上述系统的光纤光栅应变传感实验研究。实验结果表明,反射谱线中心波长漂移量与轴向应力具有很好的线性关系,当应力达到60 με时,光纤Bragg光栅(FBG)对应的波长漂移量约为1.90 nm。
2012, 34(6):828-830. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.006
摘要:介绍一种声光调制器驱动源的电路设计,用以提高声光调制器性能。在驱动电路的设计中运用稳频稳幅措施、深度负反馈技术及高频低噪的功放集成芯片,改善驱动信号质量,提高输出功率。使驱动源的电路参数满足声光调制器的要求。
2012, 34(6):831-833. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.007
摘要:光纤陀螺的输出信号是一种非线性、非平稳的随机信号。针对光纤陀螺信号的特点采用经验模分解(EMD)滤波法对陀螺输出信号进行滤波存在一个如何重构信号的问题,为此提出了基于信噪比检测的EMD滤波法。该方法通过连续检测相邻两个重构信号信噪比提高的程度来确定滤波后的输出信号。实验结果表明,该法能有效消除光纤陀螺信号中的噪声,并为EMD滤波法重构信号提供了一个客观的判断方法,且无需任何先验知识。
2012, 34(6):834-838. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.008
摘要:随着自动化水平的提高,光纤陀螺的测试逐渐向自动化测试方向发展。该文介绍了光纤陀螺自动测试软件的设计,着重阐述了各个模块的功能及实现过程,其中转台控制模块和数据处理模块是该软件设计的关键部分。该软件是基于Windows平台,采用面向对象的方法进行设计,实现接收转台和陀螺数据,并进行实时曲线绘制和数据处理等功能。该软件充分利用现有设备,降低了光纤陀螺标定的成本。
2012, 34(6):839-842. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.009
摘要:初始对准是捷联惯导系统中关键技术之一。传统对准模型的建立,通过在理想的导航方程中,增加状态向量的扰动来实现,但只局限于小失准角的模型建立中,对大失准角情况下的模型建立并不适用。在综合其他非线性模型建立的基础上,充分考虑了各种影响因素,推导了初始偏差角为任意失准角时的非线性模型,并分析该模型在任意失准角非线性模型和小失准角线性模型之间的关系;随后针对静态小失准角条件下,对其简化对准模型进行了推导,并采用Kalman滤波方法对模型进行了状态估计,计算结果表明能较好地实现状态收敛;最后对其他非线性情况下的对准进行了初步探讨。
2012, 34(6):843-847. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.010
摘要:针对车载惯性导航系统由于无外部信息长时间运动导致的误差积累的问题,提出一种运用动态零速修正技术来提高导航精度的方法。利用零速修正技术的约束条件,构造观测量;用基于普条件数可观测理论对系统各状态进行了可观测性分析,确定卡尔曼滤波器的滤波效果,并进行仿真实验对姿态角误差、速度误差进行了估计。实验表明,在惯性导航系统中,零速修正技术很大程度上提高了导航的位置、速度、姿态信息,有效地确保了车载导航的导航精度。
2012, 34(6):853-856. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.012
摘要:引线微夹持器是IC/LED键合系统的关键模块。该文综合采用压电智能材料与柔性联接的组合结构,设计了键合系统的引线微夹持器。利用有限元法,计算了微夹持器的振动模态与静力特性,获得了系统的固有频率、振动模态及电信号驱动下的支臂端部张开量。在实验上,通过高速摄像系统的跟踪实验,捕获了系统支臂端部的运动行为,获得了系统张开量与驱动电压的关系;并用激光非接触测量技术,获得系统端部的振动特性。该文计算与实验均为引线微夹持器的可靠性应用提供基础。
2012, 34(6):857-859. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.013
摘要:根据“力偶矩在平面内移动,其值不变”原理研制出新型压电式四向无定心钻削测力仪。轴向力和切向力分别采用两片X0°和Y0°晶片对装;扭矩采用4对Y0°晶片均布在同一分布圆上,各晶片电荷灵敏度方向与分布圆相切,即可实现无定心扭矩测量。标定结果表明,该测力仪轴向力、径向力和扭矩的线性度和重复性均小于1%,横向干扰小于5%,完全达到了石英力传感器的使用要求。
2012, 34(6):860-863. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.014
摘要:物体在空中飞行时,或物体静止于流动的气体中,气体相对于物体进行流动,该流动的动能可使涡轮发生转动,运用涡轮转动时产生的力迫使压电振子进行振动,进行机械能与电能的转换,产生电能,通过桥式整流电路与贮存电路把该电能存贮下来,进行稳压后给一些电路进行供电。因空气流动的频率具有不确定性,研究了压电振子在非谐振环境下产生电能的原理与特点,进行了压电振子产生的电能作为电路电源可行性验证,设计了发电机的结构,进行了模拟实验。实验结果表明,运用强迫振动的方式可保证压电振子产生电能,利用该原理制成的压电发电机,具有无污染,活动部件少,激发时间短,产品易于小型化的特点。
2012, 34(6):864-867. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.015
摘要:基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法。试验结果表明:当对压电振子施加幅值为100 V的激励电压后,软件分析和数学计算基本一致,可见仿真分析方法的可行性,为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法。
2012, 34(6):868-871. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.016
摘要:基于理论研究的结果,用固相法研究了四价添加剂对ZnO压敏电阻器性能的影响和作用机理。结果表明,优选的四价添加剂掺杂能有效降低ZnO晶粒的电阻率和残压比;通过提高晶界氧的电离度,可使晶界势垒高度上升,提高了ZnO的压敏电压梯度。
2012, 34(6):872-876. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.017
摘要:提出了一种基于d33模式的梯形压电悬臂梁式能量采集器。采用梯形悬臂梁结构能提高能量采集器的平均应力和降低其最大应力,增加其输出电压和使用寿命;同时由于压电材料的d33系数一般是d31系数的2~3倍,利用d33模式同样能提高能量采集器的输出电压。分析和制备了同尺寸的d31模式和d33模式两种能量采集器,并进行测试。实验结果表明,d33模式能量采集器的输出电压约是d31模式的2倍,具有较高输出电压,与有限元分析结果基本一致。
2012, 34(6):877-881. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.018
摘要:多自由度超声电机是将两种以上的超声振动模式按照一定的方式组合,通过在定子表面的椭圆运动实现转子的多自由度转动。该文对纵弯复合模式圆柱形多自由度超声电机的振动特性进行了研究,该电机的定子由两组夹心式振子组成:一组夹心式压电片在电压激励时能在纵向产生较大的振动位移;另一组夹心式压电片由2个纵向振动的压电片和4个铜电极组成,用于产生两个方向的弯曲振动。为了研究电机的工作特性,参照换能器频率的计算方法,通过纵弯振动的波动方程推导了电机纵弯振动频率方程,考虑多自由度工作时,电机定子纵弯振动的相互影响,对纵弯振动频率方程进行了修正,并将理论计算结果、数值仿真结果及实验测试结果进行了比较,证明了理论计算的正确性。
葛晓洋 , 张国军 , 杜春晖 , 王晓瑶 , 宋小鹏 , 张文栋
2012, 34(6):882-885. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.019
摘要:随着管道越埋越深,基于声检测原理的地面标记是现今管道技术的发展趋势。针对目前对管道内检测器标记难的现状,首次提出一种高灵敏度、高信噪比、高分辨率的新型MEMS仿生矢量声传感器运用到地面标记系统中。该文将该传感器与目前广泛应用在地面标记系统中的压电陶瓷振动传感器和动圈式高灵敏度地震检波器进行了不同的模拟对比实验。实验结果表明,MEMS仿生矢量声传感器具有检测距离长,可靠性能好,对土壤环境要求低等优点,从而验证了MEMS仿生矢量声传感器检测微弱信号的可行性和其在标记定位管道内检测器方向的良好的应用前景。
2012, 34(6):886-889. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.020
摘要:压电换能器的一致性检测需要导纳圆测量仪器。给出了基于高速模数转换器和ARM7控制器的数字式压电换能器导纳圆测量系统。用ARM7控制生成不同频率的正弦信号,用高速A/D转换器同时采集两路原始测量波形,用数字信号处理方法处理原始波形的相位差和幅度比,从而得到导纳圆。与模拟式导纳仪相比,基于ARM控制器的数字式压电换能器导纳仪消除了低频滤波器的影响,能有效测量低频区域。与基于采集卡的数字式导纳仪和4294A测量结果对比显示,基于ARM7的导纳仪测量精度有了一定的提高。
2012, 34(6):890-893. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.021
摘要:设计了一种高指向性微机电系统(MEMS)声矢量传感器,结构采用了硅 玻璃(SOG)工艺,增大流体间隙,减小振动阻尼,并利用ANSYS软件分析了流体间隙对指向性的影响,以验证结构的高指向性。结果表明,在流体间隙从5 μm增大到30 μm时,振动振幅增大30倍,相位差最高增大126°,当入射角度变化量为80°时,相位差变化量增大了40°,传感器指向性得到了显著提高。此种设计有助于促进声矢量传感器的发展。
2012, 34(6):894-897. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.022
摘要:研究了多模耦合宽频带复合换能器,结果发现,这种换能器在空气中的纵弯振动具有明显的规律性。针对1 3型压电复合材料,采用有限元法研究了压电陶瓷体积分数对换能器共振频率的影响,并研究了换能器共振频率与其几何尺寸间的关系。结果表明,换能器共振频率与压电陶瓷体积分数及其几何尺寸有关,即随压电陶瓷体积分数增加,共振频率增大;换能器前盖板几何尺寸越大,共振频率越小,纵振基频与弯振基频间距亦随之减小。
2012, 34(6):898-901. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.023
摘要:采用传统固相法制备Dy2O3掺杂(Ba0.7Sr0.3)TiO3系电容器介质陶瓷,通过扫描电镜、X线衍射仪及LCR测试系统,研究不同含量的Dy2O3对体系微观结构及介电性能的影响。结果表明,随着Dy2O3添加量的增大,(Ba0.7Sr0.3)TiO3陶瓷平均粒径减小且Dy2O3 掺杂(Ba0.7Sr0.3)TiO3陶瓷均为钙钛矿结构单相固溶体。Dy2O3通过占据钙钛矿晶格A、B位引起(Ba0.7Sr0.3)TiO3陶瓷晶格畸变,体系自发极化能力降低,进而显著降低了体系室温相对介电常数及介电损耗。随着Dy2O3添加量的增大,(Ba0.7Sr0.3)TiO3陶瓷居里温度向负温方向移动,且体系的相对介电常数及介电损耗随温度变化显著。
2012, 34(6):905-907. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.025
摘要:选取不同组织结构的4种绝缘介质材料:陶瓷(含氧化铝99%, Al2O3)、聚四氟乙烯(氟塑料)、有机玻璃、环氧树脂, 在相同外加激励作用下,研究不同介质材料和不同厚度的同一介质对放电特性的影响。结果表明,不同绝缘介质材料和不同厚度的同一介质阻挡层对介质阻挡放电特性都有明显差异,介电常数较大(陶瓷)、厚度较薄的绝缘介质材料易产生强烈均匀的放电,并解释了试验结果的合理性。
庞翔 , 张彩虹 , 童启铭 , 肖勇 , 李攀敏 , 袁颖
2012, 34(6):908-911. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.026
摘要:采用化学旋蒸工艺,制备了无定形SiO2填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,并对其进行了热、介电性能测试和SEM分析表征。系统研究了PTFE SiO2复合介质材料中,不同粒径的SiO2 (4 μm,9 μm,13 μm,20 μm)对材料结构和性能的影响。结果表明,复合材料的密度、热膨胀系数、介电常数随着SiO2粒径的增大而增加,而介电损耗则随着SiO2粒径的增大而减小。当SiO2的粒径为20 μm时,PTFE能很好的在SiO2表面形成一层包覆层,此时复合材料具有合适的热膨胀系数(17.58×10-6/℃)、介电常数(2.82)和低介电损耗(0.001 2)。
2012, 34(6):912-914. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.027
摘要:采用传统固相反应法制备La2Ti2-xTaxO7(Ta摩尔分数x=0、0.1、0.2、0.3)陶瓷,对其晶体结构、表面形貌、铁电性能和介电性能进行了研究,实验结果表明,Ta掺杂La2Ti2O7陶瓷,Ta5+取代B位的Ti4+,形成La2Ti2-xTaxO7固溶体,提高钛酸镧陶瓷的铁电和介电性能,在x=0.2时,La2Ti2-xTaxO7陶瓷的铁电性能和介电性能达最大值(剩余极化强度Pr=0.3 μC/cm2,介电常数εr=5 600)。同时研究发现该陶瓷在高频区性能稳定。
2012, 34(6):917-918. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.029
摘要:介绍了一种进口中频滤波器微电路模块。该中频微电路模块是中心频率为12.1 MHz,3 dB带宽240 kHz,体积仅35 mm×25 mm×5 mm的一种复合型宽带有源单片式晶体滤波器,其采用叉指结构对单片晶体滤波器的性能进行改善。通过实验证明叉指结构对单片晶体滤波器具有改善矩形系数,增加带外抑制和精密微调频率的作用。
2012, 34(6):919-922. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.030
摘要:在具有有限传输零点的广义Chebyshev带通滤波器的综合理论基础上,根据计算出的耦合矩阵设计滤波器仿真模型,应用电磁仿真软件结合最优化方法,采用群时延拟合法对双工器的尺寸进行优化设计。实物测试结果表明,双工器的插入损耗≤1.5 dB,输入输出电压驻波比≤1.5,带外抑制大于85 dB,得到的实测曲线满足设计要求,论证了该方法的正确性。
2012, 34(6):923-927. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.031
摘要:针对机敏约束层阻尼(SCLD)非线性系统的动力学建模问题,系统辨识是一种简便有效的方法。该文以NARX网络表征待辨识模型,并采用串并联与并联相结合的方法训练网络,根据实验数据辨识出非线性系统的动力学模型。通过对SCLD薄板结构外扰通道和控制通道的建模研究,证明了NARX网络良好的辨识性能及该文研究方法的正确性。为进一步验证该文建模方法的有效性和可行性,将NARX网络用于SCLD复杂车厢结构的动态模型辨识,并取得了较满意的效果。
2012, 34(6):928-931. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.032
摘要:通过对传统缝隙微带天线的分析,提出了一种h形缝隙微带天线。该天线具有多频带、小型化等特点,通过加载短路探针和在接地板挖槽的方法降低了天线的谐振频率,提高了带宽。利用基于有限元法的电磁仿真软件HFSS11.0对天线的特性进行了仿真,仿真结果表明,该天线在回波损耗S11<-10 dB时,其工作频段为2.38~2.79 GHz,4.59~4.75 GHz和5.12~5.90 GHz,尺寸比普通微带天线降低了62.43%,从而验证了这种设计方案的有效性。该天线结构简单易于实现,能够满足无线局域网802.11a/b/g/n移动终端内置天线的多频带和小型化的要求。
2012, 34(6):932-935. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.033
摘要:目前对混凝土结构进行超声检测常采用双探头方式,检测效率很低。提出了一种超声阵列探头成像方法来提高检测效率,这种方法充分利用阵列中相隔探头间形成的扫描信号,最大限度增加阵列数据融合处理的有效数组维数,根据线型阵列的结构特点,结合合成孔径聚焦算法,配合有效的信号处理方法滤除结构噪声,能对混凝土结构实现有效探测。数值仿真结果表明,此方法不仅能提高检测效率,且能对检测目标实现有效聚焦和准确定位。
2012, 34(6):936-939. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.034
摘要:姿控火箭发动机推力测试系统的动态性能对于推力测量的准确性具有重要影响。采用方形脉冲力模拟发动机推力,对压电式推力测试系统进行了动态标定,根据频响特性曲线建立了测试系统的高阶传递函数模型并获得了动态性能指标。针对测试过程中的超调和振荡,基于高阶传递函数模型,采用阻尼补偿法对推力测试系统的输出进行补偿。结果表明,经过补偿后误差减小,改善了压电式推力测试系统的动态性能。
2012, 34(6):940-943. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.035
摘要:首先说明射频识别(RFID)系统结构和关键技术,然后针对无源被动标签的通信原理,给出了915 MHz特高频(UHF)RFID读卡器射频前端的硬件设计方法,包括发送模块、接收模块及锁相环的设计,最后列出射频前端硬件系统的测试方法。结果表明,该设计满足915 MHz频段的读卡器功能需求,且具有性能稳定,效果良好和配置维护灵活的特点。
2012, 34(6):944-947. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.036
摘要:针对汽车防盗,该文开发了一种密码控制的油路阀防盗系统,油路控制阀安装在汽车点火器处,密码控制器则安装在驾驶室内的操作台上。利用该控制系统,任何人进入车辆后,都必须输入正确的密码才能打开安装在油泵与汽车点火系统之间的油路控制阀,接通油路后,才能启动汽车发动机。在密码控制器中,设计了报警模块,当输入密码错误超过规定的次数后,控制器启动报警系统并同时锁定键盘。为了避免汽车意外熄火油路阀关闭切断油路以及密码控制器掉电而需要重新输入密码的麻烦,控制器的存储单元能记忆步进电机的当前位置并保持阀芯的当前开口,便于驾驶员快速重启发动机。最后利用摩托车发动机进行了实验研究,实验结果表明该密码控制油路阀系统具有很好的防盗作用。
2012, 34(6):948-950. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.037
摘要:设计了一种低温共烧陶瓷(LTCC)低剖面圆极化叠层耦合微带贴片天线。该天线采用层叠结构,在辐射基板正面采用分形的辐射贴片来降低天线尺寸并拓展带宽;在馈电层基板正面开“十字”槽,在其反面通过使用威尔金森功分器加移相器网络对“十字”槽馈电,使得耦合馈电端口的正交电场相位差90°来实现微带天线的圆极化。该天线设计剖面厚度仅3 mm。仿真结果显示该天线工作于1.268 GHz时,实现阻抗带宽超过60 MHz,天线的轴比小于1.5 dB且增益达到5 dB。
2012, 34(6):951-954. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.038
摘要:提出了一种基于2.4 GHz主动式非接触射频识别(RFID)标签结构,并设计了标签的硬件电路及软件。在主动式标签设计中,采用了MSP430F2122单片机和CYRF6936射频芯片的超低功耗方案。该标签具有识别距离远,稳定性高,超低功耗和抗干扰能力强等特点,因此,该标签适用于各种条件复杂的恶劣环境,如煤矿井下生产、石油开采现场等复杂环境。
2012, 34(6):955-957. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.039
摘要:基于模板合成法,在多孔氧化铝(PAA)模板上用磁控溅射沉积金薄膜,制备出高度有序的纳米金柱阵列结构。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对所加工的金柱阵列结构进行表征。所加工的纳米结构为柱状金纳米阵列,金柱直径约为60 nm,金柱尖端直径约20 nm,高度为300~600 nm,相邻金柱平均间距约为100 nm。纳米金柱阵列结构与多孔氧化铝模板(PAA)貌一致,阵列分布规则,柱体大小均匀。
2012, 34(6):958-962. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.040
摘要:结合嵌入式处理器LM3S1607与超声波传感器设计一种智能超声波测距装置,采用ARM内核芯片LM3S1607的32位嵌入式微处理器与两片P89LPC938单片机和超声波传感器发送与接收模块,通过I2C 串行总线上下位机的通信架构,实现两路超声波测距。通过高精度温度传感器LM75A实现了对超声波测距系统的温度测量,对超声波的声速进行了补偿,提高了测量精度,同时具有LCD液晶显示测试距离,语音播放距离功能。设计和开发了相应的接口电路及应用程序,介绍了两路超声波测距仪的设计方法。