摘要：为了实现惯性约束聚变(ICF)靶丸几何尺寸的高精度、高效率检测,开展了靶丸X射线数字化成像系统的设计与研制。首先,分析了X射线直接投影成像和X射线透镜耦合显微成像的适用范围,根据ICF靶丸尺寸小、吸收衬度弱的特点,确定了基于X射线透镜耦合显微成像的技术路线。然后,分析了影响系统成像分辨率、图像衬度和测量效率的关键因素,确定了低几何放大成像,低电压、小焦点、高功率X射线源及高分辨CCD探测的总体技术方案,该方案能够有效抑制相衬效应和半影误差,解决了现有X射线数字成像设备测量靶丸时边缘扩展严重、尺寸测量误差大的问题。最后,对系统的性能进行了分析测试,实验结果表明,系统成像衬度良好,成像效率较高,分辨率优于0.5μm。靶丸几何尺寸的测量不确定度可达0.9μm(k=2),满足ICF靶丸几何尺寸高精度、高效率的检测需求。

摘要：针对微颗粒空间装配的问题,以外径为十几微米的微颗粒与外径为几百微米的柱腔装配为研究对象,开展微颗粒空间跨尺度装配方法研究。首先,针对微颗粒受到基底表面作用力影响不易被拾取与释放的问题,分析了微颗粒的受力情况,设计了真空吸附式微夹持器用于微颗粒的拾取与释放;然后,针对由于微颗粒与柱腔的尺寸跨度大,很难实现装配过程中二者空间位置实时监测的问题,设计了具有多维视觉监测功能的微装配机器人并且建立了多维视觉监测模型,实现微颗粒与柱腔装配过程的在线监测;最后,提出了基于多维视觉监测模型的微颗粒与柱腔空间半自动装配方法。实验结果证明了所提方法的有效性,并且实现了将外径为20μm的微颗粒放入外径为200μm的柱腔内的目标。该方法适用于微机电系统制造中微颗粒的三维空间装配。

摘要：超声椭圆振动切削技术(ultrasonic elliptical vibration cutting,UEVC)是近年来发展起来的一种超精密加工技术,其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。通过分析现有的超声椭圆振动切削装置,设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置,利用有限元分析工具对该装置进行模态分析,找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数,使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致,同时,对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹。仿真分析表明,后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变,而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响,顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响。基于上述仿真分析及优化,制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性,测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好,所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹,同时,可通过调节施加电压的幅值和相位使得刀尖输出不同的椭圆轨迹,能用于脆性材料微结构曲面的加工。此外,对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时,其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大,其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感。

摘要：超精密非圆截面元件,如质谱仪中的双曲面四极杆,通常采用慢刀伺服(slow tool servo,STS)车削的方法加工。然而,由于STS的带宽较低,使得STS跟踪目标刀具轨迹的能力在一定程度上受到限制,导致被加工零件轮廓产生较大的形状误差。为了降低该误差,作者提出一种基于STS的变主轴转速(variable spindle speed,VSS)车削非圆截面元件的加工方法。阐述了如何根据非圆截面元件轮廓设计出相应主轴转速的变化轨迹。为验证所提方法的正确性,利用STS以主轴定转速和变转速方式分别车削了截面轮廓呈正弦变化的零件,并对刀具伺服输入信号进行了频谱分析。实验结果显示:变主轴转速车削正弦截面零件的形状误差小于定主轴转速车削。结果表明:所提出的VSS加工方法能够有效地提高车削非圆截面零件的形状精度。

摘要：为了在高功率体声波谐振器的设计中考虑自热效应的影响,提出一种声-电磁-热多物理场协同仿真方法 ,来模拟自热导致的频率偏移,并针对此频率偏移的消除问题,提出了相应的修正方案。首先,由常用的Mason模型设计出满足谐振频率要求的初始谐振器。接着,通过声-电磁-热多物理场协同仿真得到自热导致的频率偏移。然后,初步调整压电层厚度,来抵消此频率偏移。最后,对调整后的谐振器迭代进行声-电磁-热多物理场协同仿真,以确定压电层厚度的调整量。结果表明:自热效应会导致高功率体声波谐振器的谐振频率明显下偏(谐振器案例的频率偏移量为3 MHz),通过减薄压电层厚度(案例中为1.7nm)可彻底消除此频率偏移。所提出的高功率体声波谐振器的修正方案能有效地解决自热效应导致的谐振频率偏移问题。

摘要：使用耦合谐振电路理论设计微带交指滤波器具有较好的灵活性,然而当衬底厚度和中心频率增加到一定程度时,由传统的50Ω抽头线得到的外部品质因数Qe达不到理论值。为了增大实际设计中的Qe,同时匹配源和负载,本文将传统的抽头结构改进为一段50Ω微带线与一段较细微带线组合的类SIR抽头;此外,为了减小微带线阶跃变化带来的回波损耗,将类SIR抽头改进为一段50Ω微带线与一段较细微带线渐变式过渡的抽头。最终,分别采用类SIR抽头和渐变式抽头设计了一个Ka波段微带交指滤波器。仿真表明:使用类SIR抽头和渐变式抽头得到的Qe都能与理论值相匹配,且带渐变式抽头的滤波器相比于带类SIR抽头的滤波器,其回波损耗减小8.31dB,插入损耗减小0.16dB。从而验证了所提出的两种抽头结构改进的可行性。

摘要：介绍了一种减小交叉耦合的三维微加速度计的设计,该设计采用全差分电容式结构,X轴和Y轴采用梳齿电容式加速度计,Z轴采用扭摆电容式加速度计,三个轴向各自具有不同的敏感质量块,能够有效减小交叉耦合度。通过公式计算得到三个轴向的机械噪声,X轴为-60μg/Hz,Y轴为-66μg/Hz,Z轴为-53μg/Hz。从计算结果来看,三个维度的噪声系数较低,在电路噪声保证足够小的情况下,该三维微加速度计能够达到较高的精度。最后,采用COMSOL MULTIPHYSICS软件对该结构三个维度进行了模态仿真,仿真结果表明该设计能够有效减小三个维度的交叉耦合度。

摘要：在微机电系统(MEMS)领域硅各向异性湿法腐蚀是制作许多元器件的一项重要技术,加入非离子型表面活性剂的腐蚀液可以在硅基片上制作出各种形状,但是对于真正的腐蚀机理还有待进一步研究。介绍了硅湿法腐蚀机理的研究现状,通过不同腐蚀条件下得出的不同腐蚀结果分析其腐蚀机理。介绍了当非离子型表面活性剂加入碱性溶液时固体表面的活性剂吸附层结构,重点介绍了表面活性剂Triton X-100加入各向异性碱性腐蚀剂四甲基氢氧化铵(TMAH)后对活性剂吸附状态和硅腐蚀速率产生影响的根本原因。不同晶向硅表面的H基和OH基数量会影响其表面活性剂的吸附能力,硅在纯TMAH腐蚀液和加入活性剂Triton后的TMAH腐蚀液中的腐蚀速率存在一定差异,高质量分数的TMAH下加入不同体积分数的Triton时,不同晶面在活性剂吸附和腐蚀速率上也存在不同,给出了出现这些现象的机理分析。研究硅腐蚀机理可以为器件设计提供有效的理论支持,有助于制作更多新的MEMS结构。

摘要：为了预测体声波谐振器(BAWR)的热行为并评估其功率容量,提出一种BAWR热行为仿真方法。首先提取BAWR电磁模型中的导体表面损耗,并以此作为热仿真的热源,得到谐振器的温度分布。然后就信号馈送边、有源区形状、功率容量这3方面进行了研究。仿真结果表明,为了减弱BAWR的自热效应,信号馈送宜遵循"长边馈入、长边馈出"原则;有源区形状对自热效应影响甚小;所设计的BAWR功率容量可达3 W。

摘要：为确定体声波(BAW)梯形滤波器的阶数,使用仿真法研究了滤波器的带外抑制与并、串联薄膜体声波谐振器(FBAR)的电容比Cps和滤波器阶数N的关系。基于FBAR的Mason解析电路模型构建了1~6阶BAW梯形滤波器,Cps取值为1~6,对1~6阶BAW梯形滤波器进行仿真,取滤波器的左带外抑制进行统计并绘制曲线图。此外,BAW梯形滤波器的阶数可包括半阶数,用同样仿真法改变阶数(N=1.5,…,5.5)对滤波器进行仿真。仿真结果表明,当Cps一定时,带外抑制基本随滤波器的阶数等量增加。当滤波器的阶数一定时,带外抑制随Cps的增加而增加。在优化设计时,并、串联FBAR谐振器区面积比(即Cps)一般设置为1~4,在此范围内滤波器阶数每增加一阶,带外抑制平均增加约10dB;滤波器的阶数增加半阶时,带外抑制约增加整阶数的一半,即5dB,而此时通带内的插损基本保持不变。故设计滤波器时,根据设计指标中的带外抑制可初步确定滤波器的阶数。