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  • 1  基于PVDF压电膜片的光声探测器制备及应用
    何国明 何秀丽 高晓光 贾建 李建平
    2015, 37(6):973-977. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2015.06.014
    [摘要](6410) [HTML](0) [PDF 2.06 M](1430)
    摘要:
    非共振光声红外气体检测系统因其结构简单,成本低和检测灵敏度高的特点,具有较好的应用前景。该文提出了以聚偏氟乙烯(PVDF)压电膜片为微压敏感元件的非共振光声探测器,利用ANSYS对压电膜片进行了有限元分析,设计制备了双膜片结构微压敏感元件,其中PVDF压电膜片厚度为20 μm,尺寸为10 mm×5 mm。设计了包含吸收腔和补偿腔的双腔室结构,并完成了光声探测器的封装。将光声探测器应用于非分光红外(NDIR)气体检测系统,探测器的输出信号与CO2气体浓度有较好的线性关系,最低理论检测浓度约为29×10-6。
    2  用于手机的微型声频定向扬声器
    李学生 徐利梅 姜丽峰 蒲刚 陈敏 许亮峰
    2012, 34(5):715-719. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.05.018
    [摘要](5097) [HTML](0) [PDF 2.19 M](1466)
    摘要:
    提出了一种用于手机的微型声频定向扬声器实现方法,该新型扬声器可将声音控制在发声单元正前方轴向传播,能为使用者提供免提的局部声音服务。4只直径为10 mm的锆钛酸铅 (PZT)压电陶瓷超声换能器组阵作为发声部件,换能器阵列谐振频率作为超声载波频率,数字信号处理器 (DSP)芯片作为声频定向调制算法实现平台,D类超声功率放大器为阵列驱动器,诺基亚N73手机作为外壳,制作出了样机。对换能器单元及阵列阻抗、声压级频率响应等特性进行了测试和分析,对样机作了自解调可听声指向性测试和整机功耗测试。实验结果表明,样机尺寸、功率和声压级基本满足手机中的应用需求,为微型声频定向扬声器在便携式多媒体设备中的应用提供了实践依据。
    3  一种基于梯形压电悬臂梁的能量采集器研究
    何挺 马剑强 刘莹 李保庆 褚家如
    2012, 34(6):872-876. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.017
    [摘要](5049) [HTML](0) [PDF 1.97 M](1657)
    摘要:
    提出了一种基于d33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。
    4  一种用于管道地面标记的MEMS仿生矢量声传感器
    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](4626) [HTML](0) [PDF 1.65 M](1621)
    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。
    5  光纤Michelson干涉仪型折射率和温度同时测量传感器
    闫旭 傅海威
    2016, 38(6):970-973. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2016.06.033
    [摘要](4373) [HTML](0) [PDF 1.47 M](1678)
    摘要:
    基于Michelson干涉仪原理,制作了一种可同时测量折射率和温度的全光纤传感器。传感器由单模光纤和一段长度为5 mm的细芯光纤错位熔接而成。对该传感器的折射率和温度响应特性进行理论分析,并在折射率和温度的变化范围分别为1.333 3~1.404 9和20~90 ℃的环境中对传感器的响应特性进行实验研究,结果表明,随着环境折射率的变化,该传感器输出光谱峰值功率的响应灵敏度为-41.10 dB/RIU,而光谱峰值波长对折射率变化不敏感;随着环境温度的变化,该传感器输出光谱峰值波长的响应灵敏度为23.15 pm/℃,而光谱峰值功率对温度变化不敏感。因此,通过同时监测传感器输出光谱的功率变化和波长漂移量,可实现折射率和温度的同时测量。该传感器制作简单,测量精度高,在生物医学领域有较好的应用前景。
    6  压电超声换能器的阻抗匹配分析
    徐晓伟
    2014, 36(5):745-747. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2014.05.017
    [摘要](4181) [HTML](0) [PDF 1.24 M](1554)
    摘要:
    介绍了压电超声换能器在串、并联谐振时的等效电路,并对换能器工作在两种谐振频率时的实时跟踪和工作性能进行了详细分析,通过对换能器的外部LC串联匹配分析和相应的阻抗匹配变换,提出了压电超声换能器在并联谐振角频率附近,具有很好的功率自动调节性能。
    7  基于 Parylene 膜的法 珀干涉型光纤超声水听器
    张洁 赵纯亮 曾德平 贾平岗 王帅杰 马兹国 王代华
    2012, 34(3):355-358. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.03.009
    [摘要](4035) [HTML](0) [PDF 1.66 M](1480)
    摘要:
    针对高强度聚焦超声(HIFU)声场测量,提出并研究了一种基于 Parylene膜的法 珀干涉型光纤水听器。采用真空气相沉积法在光纤的端面蒸镀Parylene膜构成光纤水听器的法 珀腔,分析了光纤水听器的传感原理和解调原理,建立了HIFU声场检测的实验系统。实验结果表明,基于 Parylene 膜的法 珀干涉型光纤水听器能准确传感超声信号, 其输出与换能器驱动电压的非线性度小于 0.01,且与聚偏氟乙烯(PVDF)针式水听器的测量结果基本一致。
    8  基于ANSYS的压电陶瓷晶片PZT仿真分析
    范兴明 马世伟 张鑫 李震
    2014, 36(3):416-420. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2014.03.027
    [摘要](3948) [HTML](0) [PDF 2.18 M](1420)
    摘要:
    电力支柱瓷绝缘子超声波检测对预防和检测绝缘子裂纹和断裂起到重要作用,换能器是超声波检测的基础元件,而换能器的核心部件是压电陶瓷晶片,其性能直接影响到检测结果。该文研究针对有限元法和传统解析法在压电陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ANSYS有限元分析软件对压电陶瓷锆钛酸铝(PZT)晶片进行特性分析,基于ANSYS的电 结构耦合场模型,对超声波换能器的矩形压电晶片进行静态、模态、谐响应和瞬态分析。通过模态分析和谐响应分析可得到晶片的一阶纵向振动和二阶弯曲振动的固有频率、振型及频率位移响应及影响因素等信息,研究结果对提高超声辐射功率及超声换能器的性能有一定的理论指导和工程应用价值。
    9  一种W波段一分八波导功分器的设计
    赵亚妮 杨自强 杨涛
    2012, 34(3):463-465. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.03.038
    [摘要](3942) [HTML](0) [PDF 1018.33 K](1487)
    摘要:
    提出了一种W波段波导八路功率分配器的结构。该功率分配器采用切角的E 面T 形结构来实现功率分配。通过调节切角深度、宽度及渐变波导最细处的尺寸,使输入阻抗匹配并实现等功率同相位的两路功分,最后采用级联的方式实现了W波段的八路波导功分。通过在输入输出端口处加入90°扭转波导,实现了输入输出端口的平面一致性;同时在结构中加入了135°扭转接头使结构更紧凑,节省了体积。运用HFSS仿真表明,该结构在88~90 GHz范围内,S21~S91在-8.8~ -9.4 dB之间,S11小于-18.5 dB,性能良好。
    10  基于COMSOL Multiphysics压电铌酸锂晶片仿真
    高霞 王志斌
    2015, 37(2):291-293. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2015.02.026
    [摘要](3802) [HTML](0) [PDF 1.13 M](1427)
    摘要:
    压电换能器是声光可调谐滤波器(AOTF)的基础元件,而换能器的核心部件是压电铌酸锂晶片,其性能直接影响AOTF的性能。该文利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件对压电铌酸锂晶片进行有限元仿真分析,基于COMSOL Multiphysics的压电模块,对超声换能器的压电铌酸锂晶片进行了瞬态分析。通过瞬态分析得到了压电铌酸锂晶片随时间变化的位移图。
    11  MEMS电容式超声传感器设计
    于佳琪 何常德 张永平 苗静 李玉平 薛晨阳 张文栋
    2013, 35(5):706-710. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2013.05.022
    [摘要](3555) [HTML](0) [PDF 2.01 M](1414)
    摘要:
    在传统的电容式超声传感器(CMUT)制造过程中,用低压化学气相淀积技术形成的氮化硅薄膜残余应力大且机械性能难以预知。为此,设计了一种基于阳极键合技术的CMUT,传感器薄膜和空腔分别定义在均匀性好、残余应力低的SOI片和玻璃片上。建立了一个简化的分析模型对该结构进行机械性能分析,采用有限元分析软件ANSYS仿真验证该所建立的分析模型并预估传感器的性能。利用ANSYS静电 结构耦合仿真给出了塌陷电压。介绍了敏感单元的工艺流程。所设计的传感器频率为1.48 MHz,灵敏度为0.24 fF/Pa,塌陷电压为70 V,量程为48 kPa。
    12  基于导波技术的小口径管网实时检测系统
    马书义 武湛君 王奕首 刘科海
    2014, 36(1):124-127. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2014.01.031
    [摘要](3461) [HTML](4) [PDF 1.55 M](1419)
    摘要:
    基于超声导波无损检测技术,发展了一种用于小口径管网实时检测的新型诊断系统。系统包括以压电陶瓷晶片为敏感器件的柔性传感器阵列,导波激励接收硬件子系统及分析软件。柔性传感器阵列能表面贴装于任意尺寸的管线外壁,并可在管线中激励和接收轴对称模态导波。与现有导波激励接收系统不同,诊断系统包含有多通道的信号转换开关矩阵,能实现管网中不同管线检测所需信号通道的快速自动切换。检测实验表明,分析软件能有效辨识大于3%管线横断面积的腐蚀损伤,并能实时检测管线的状态变化,如腐蚀损伤扩展等。诊断系统具有检测效率高,使用灵活的特点,为小口径管网的实时检测提供了有效手段。
    13  基于SBS的通带可变微波光子滤波器
    张爱玲, 纪颖, 陈冰雪
    2017, 39(2):172-175. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2017.02.004
    [摘要](3430) [HTML](0) [PDF 1.61 M](1266)
    摘要:
    提出并分析了一种大范围可调谐的通带可变微波光子滤波器。它基于受激布里渊散射(SBS)效应并使用2个调制器与1个光纤布喇格光栅生成泵浦信号。通过分别调节这2个调制器的调制频率,可得双通带滤波器和通带间隔可变的四通带滤波器,并实现滤波器中心频率的大范围连续可调谐,而在整个调谐过程中,滤波器的3 dB带宽保持不变。仿真分析了不同调制信号对滤波器通带及中心频率的影响,以及滤波器的带宽与泵浦的功率和SBS增益介质长度的关系。
    14  一种高指向性MEMS声矢量传感器结构设计与分析
    刘振亚 苑伟政 邓进军 任森 马骋宇
    2012, 34(6):890-893. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.021
    [摘要](3384) [HTML](0) [PDF 1.49 M](1404)
    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。
    15  (La0.44Sr0.33)TiO3对MgTiO3系高频高Q MLCC瓷料性能的影响
    张先云 邬若军 姜胜林 张光祖
    2012, 34(4):589-592. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.04.027
    [摘要](3330) [HTML](0) [PDF 1.72 M](1355)
    摘要:
    采用传统固相反应法制备了(1-x)(Mg0.95Zn0.05)TiO3-x(La0.44Sr0.33)TiO3(MZLST)介质陶瓷。系统研究了(La0.44Sr0.33)TiO3掺杂量对MZLST陶瓷烧结特性、相构成、微观结构和微波介电性能的影响。结果表明,掺杂少量的(La0.44Sr0.33)TiO3后,MZLST陶瓷的主晶相为(Mg0.95Zn0.05)TiO3和(La0.44Sr0.33)TiO3,随着烧结温度的升高,第二相(Mg0.95Zn0.05)Ti2O5的含量增加。当x=0.10时,MZLST陶瓷在1 285 ℃烧结2 h获得最佳的介电常数εr=22.17,品质因数Q·f=48 471 GHz (6.72 GHz),谐振频率温度系数τf=-7.99×10-6/℃。
    16  直流电机复合定位控制系统的研究
    陈旭东 张长泉
    2012, 34(5):788-791. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.05.036
    [摘要](3235) [HTML](0) [PDF 1.50 M](1443)
    摘要:
    特性及伯德图分析显示,比例、积分、微分控制器(PID)与压电陶瓷微位移定位系统(PZT)在直流电机定位控制过程中表现出较强的互补性。利用这一互补性,可构建直流电机复合定位控制系统(CPCS)。运用Matlab软件对系统进行建模和仿真,动态响应曲线表明,对阶跃及连续参照位移信号,该系统可根据定位位移大小和定位精度要求,进行PID控制与PZT控制之间的自动切换,完成对目标定位物体的动态跟踪,实现快速精确定位,效果优于单一定位控制器。
    17  基于COMSOL的声表面波标签仿真
    卢旭 陈智军 黄鑫 陈涛 夏前亮
    2012, 34(4):494-497. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.04.003
    [摘要](3209) [HTML](0) [PDF 1.60 M](1571)
    摘要:
    以有限元法为基础,利用有限元软件COMSOL对声表面波标签进行仿真。声表面波标签的基片材料为铌酸锂压电单晶,叉指换能器与反射栅采用金属铝电极。通过频率特性仿真,提取了标签的谐振频率和反谐振频率,分析了叉指换能器金属电极对谐振频率的影响,获得了标签的幅频特性曲线。通过回波特性仿真,研究了不同反射栅编码对应的回波脉冲,分析了反射栅金属电极对回波脉冲的影响。
    18  一种X波段同轴双工器设计
    魏强 黄莹 王彬
    2012, 34(6):919-922. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.06.030
    [摘要](3207) [HTML](0) [PDF 1.45 M](1468)
    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。
    19  基于ADS的声表面波单端对谐振器建模
    朱琳 李锵 刘开华
    2012, 34(2):169-172. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.02.003
    [摘要](3180) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](48)
    摘要:
    声表面波(SAW)滤波器的设计需对单端对谐振器建模。该文提出了一种新的基于ADS线性矩阵模型的声表面波单端对谐振器模型,并给出了主要参数的推导过程。借助新模型成功设计了一个中心频率为1 GHz、带宽为30 MHz的声表面波带通滤波器,其插入损耗小于4 dB,带外抑制大于30 dB。设计过程表明,采用新模型设计声表面波滤波器可做到操作性强、简单、快捷。
    20  基于FPGA的激光陀螺自适应抖动剥除
    蔡刚刚 谢元平 樊振方
    2012, 34(4):529-532. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2012.04.012
    [摘要](3117) [HTML](8) [PDF 1.63 M](1401)
    摘要:
    去除激光陀螺输出信号中的抖动信号是机械抖动偏频激光陀螺信号处理电路的主要工作之一。为了满足机械抖动偏频激光陀螺在快速跟踪中的应用要求,基于现场可编程芯片(FPGA)实现了激光陀螺自适应抖动剥除的软硬件设计,其次在静态条件下对系统抖动剥除效果和剥除后的激光陀螺零偏进行测试,最后进行动态试验,给出了LMS自适应抖动剥除的动态响应曲线,验证了LMS自适应抖动剥除的零延时性。实验结果表明,系统能有效去除陀螺输出信号中的抖动成分,其相位延迟几乎为0,完全可应用于需要实时输出角速率信息的场合。

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