摘要：近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实时的可视化监测。将湿度信息直接转换为肉眼可观测的颜色信号为上述问题提供了一种理想解决方案。本研究将湿度传感器与电致变色器件集成一体来制备智能可视化湿度指示系统,通过将湿度信号转换为电压信号来驱动电致变色器件(Electrochromic devices,ECDs),从而实现系统稳定可逆的颜色变化。采用三氧化钨(WO3)作为负极、锌箔(Zn)作为正极制备的ECDs会根据湿度传感器的输出电压的变化来转变不同的工作状态,从而产生肉眼可观测的颜色信号。采用紫外-可见分光光度计与电化学工作站对ECDs的电化学性能以及电致变色性能进行研究和表征。随后,通过示波器和湿度发生平台对调理电路性能进行分析。结果表明:智能电致变色型湿度指示器具有良好的稳定性和快速的响应性能,其中,着色时间与褪色时间仅为7.5和4.5 s,并且在300个循环后,光学调制幅度(ΔT)与初始值相比基本保持不变(保持率可达95%以上)。因此,这种设计新颖、结构简单的可视化湿度系统在人工智能、智能农业等领域具有广阔的应用前景。

摘要：基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对传感器单元进行独立分离,使得单个传感器的整体外径仅为400μm,高度为220μm。在此基础上,搭建了信号解调实验平台,并对传感器的感压特性进行了详尽测试。测试结果显示,在0~50 kPa的压力范围内,传感器的压力灵敏度可达到18.5 nm/kPa,最大非线性度为0.47%,重复性为0.18%,迟滞为0.18%。此外,该传感器具有体积小、灵敏度高、电磁兼容、生物兼容以及稳定性强等优点,在生物医学和医疗领域具备巨大的商业转化价值。

摘要：本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了GaSe/ZnS vdWH界面性质中的平面平均电子密度差和平均静电势。结果表明,GaSe/ZnS vdWH是一种直接带隙为2.19 eV,载流子迁移率较高的异质结构。其中,沿x方向的电子迁移率可达1394.63 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),而沿y方向的电子迁移率可达1913.18 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),性能优异,有望应用于电子纳米器件。

摘要：为解决传统定位系统功率损耗大,无法在脱机状态下长时间工作的问题,设计了一款基于硬件低功耗和软件“正常工作-休眠工作”双模式循环的定位系统。在硬件部分,该系统选用低功耗单片机STM32L431控制GPS定位模块CNS35和北斗短报文模块TM0558,并对供电电路实时采集。在软件部分,加入了“休眠工作”模式,实现与“正常工作”模式的循环切换。结果表明:该低功耗定位系统可实现定位误差低于2.5 m、通信成功率≥85%、双SIM卡切换等基本功能;且在单次循环为4 min的前提下,“正常工作2 min-休眠工作2 min”的工作方式将能量损耗降低至“正常工作4 min”方式的64.7%,续航时间延长了11.16 h。

摘要：针对当前双频或多频带通滤波器主要以30 GHz以内的工作范围为主,在高频毫米波范围内以单频超宽带设计为主这一现象,设计出一款可以在100 GHz~103 GHz工作范围内存在两个超窄带工作带宽的双频腔体滤波器。两个工作频段分别为100.67 GHz~101.36 GHz和102.67 GHz~102.78 GHz,与之对应的相对带宽分别为0.68%和0.11%。所设计腔体滤波器采用UV-LIGA工艺完成其样品的制备,并使用由矢量网络分析仪和扩频模块所搭建的测试平台完成测试,经测试,相对带宽的绝对误差分别为0.19%和0.02%。

摘要：原子磁强计以其高灵敏度和成本低等优势受到了越来越多的关注,如今,进一步提高原子磁强计的芯片集成度已成为主要趋势,因为它有利于生物磁性测量与成像。但是,目前实现原子磁强计小型化的主要障碍是微加工原子气室的光学元件分立。鉴于此,笔者提出一种基于新兴超表面的超紧凑片上原子气室方案,该方案将超表面与各向异性腐蚀的单晶硅相结合,在保证高灵敏度的同时提高了原子气室的集成度。该方案能够对圆偏振入射光束进行光路操纵,效率可达到80%。超表面采用厚度为500 nm的硅设计而成,可以通过基本的微加工工艺直接在原子气室上制造。所设计的新型原子气室具有集成度高、可大批量制造的优点,为未来生物磁性传感系统的发展提供了参考。

摘要：多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要,但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解,在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像方法,利用γ光子探测对放射性标记的示踪颗粒进行三维动力学成像。由于γ光子具有高穿透性、不受电磁场影响等特点,使得PEPT在非透明复杂多相流检测上具有独特优势。目前主要应用于化工、食品、制药等工业领域内多相流动现象的测量和系统物理参数提取。然而,小型化示踪颗粒制备困难、多个示踪颗粒同时定位效果差等问题严重阻碍了PEPT技术的进一步应用和推广。本工作首先介绍了PEPT技术的基本原理;然后重点从示踪颗粒、算法、硬件系统、数据处理及应用等方面讨论了PEPT关键技术及其研究进展,并指出其中存在的问题和潜在的发展方向;最后,对PEPT技术的发展和应用进行总结和展望。

摘要：燃烧不稳定性问题可引起大幅的机械振动,严重影响发动机正常工作。为满足新型试验需求,针对传统燃烧室测试装置灵活性不足、可靠性差等问题,设计了一种基于FPGA和LoRa的燃烧室振动信号无线测试装置,以FPGA作为主控单元,将前端高速AD采集的振动传感器数据存入Flash,通过LoRa技术并结合以太网的高速运行,在PC端进行远程操控和数据处理。试验表明:该装置可以实现至少500 m开阔距离内待测燃烧室振动信号的可靠测试,工作稳定,实时性强。

摘要：为了解决当前串口转以太网通信模块中传输速率慢、实时性差、实用性不高等问题,文中设计了一种高速实时以太网通信方案。该方案以FPGA作为驱动平台,结合以太网协议栈芯片CH395Q的特性优化了SPI通信协议,提高了数据传输速率;设计并实现了一种高速串行通信转低速串行通信的技术,极大地提高了数据传输的实时性。通过UDP数据组帧的形式进行网口数据收发,测试结果表明,该系统进行数据传输时SPI的实际传输速率能够达到15 Mbit/s,而且以太网通信的平均丢包率为0.085 2%。

摘要：针对目前面向人体胸腔的冲击波超压测试研究较少的问题,设计了模拟人体胸腔的圆筒形靶标,建立了一种嵌入胸腔靶标的冲击波超压存储测试系统,并对冲击波特征参数实时提取技术进行研究。测试系统由FPGA控制,选用ICP型压电式压力传感器,基于已有冲击波存储测试系统的基本功能,结合WiFi技术实现冲击波特征参数的实时提取功能,进行了实验室环境下系统功能检测和外场试验环境下的系统功能验证。结果表明,测试系统能完整记录胸腔靶标所受冲击波压力载荷的数据曲线并实时提取冲击波特征参数,为人体胸腔在冲击波压力载荷下的毁伤机理研究提供了新的手段。