摘要：提出了一种新颖的基于纳米薄膜共振隧穿结构(RTS)的微陀螺。对共振隧穿结构的介观压阻效应进行了理论分析;设计了RTS的结构和工艺方法;制备出了能反映共振隧穿效应的RTS结构。该结构降低了器件的寄生电容,改善了敏感薄膜的负阻特性,适用于共振隧穿效应陀螺。对共振隧穿效应陀螺进行了结构设计和理论仿真;利用体工艺制造了微陀螺;对陀螺的关键性能参数进行了测试。

摘要：设计研制了一种基于MEMS仿生矢量水听器的高效、经济的测距系统。该声纳系统采用收发分置的主动工作方式,单片机控制电路作为整个系统的核心部件,具有小体积、低成本、高精度、定向发射、定向接收,不受恶劣天气影响等优势。开展了测距声纳系统设计及集成研究,确定了主动声纳信号的参数和声纳收发装置,完成了软硬件的设计。在室内水池和室外海洋环境中完成了该系统的测试,实验结果表明,该测距声纳系统具有很好的测距功能,测距精度较高,具有广阔的应用前景。

摘要：水下动态参数的测试是特种武器、两栖武器、水下专用武器性能考核的必备环节,而水下运动体的速度信息是评价水下武器性能的重要指标之一。针对现有的水下高速目标参数测试系统中存在的成本高、安装调试复杂、设备体积庞大等问题,提出一种以激光光幕为有效区域水上、水下分体式,实时、非接触的测速方法。通过分析Lambert-Beer定律和体散射函数等数学原理,确定了水下光谱传输规律综合考虑性价比获得最佳峰值波长;将1m的圆柱体作为散射体模拟光在水中的散射情况,追迹空间区域内的光线总数为1×10~5,获得位于传播方向上1,3,5和7m处的接收面上辐照度的光能量分布,从而获取系统激光光源的最佳峰值功率。以此为依据,采用定距测时原理和一维原向反射技术,由峰值波长为532nm的半导体光纤耦合绿光激光器、光纤耦合式鲍威尔棱镜防水扩束器、一维原向反射器等构建光学系统。激光光源、光电转换部分和信号调理部分位于水上,激光光幕和原向反射器位于水下,通过光纤束完成两路光信号的发射和反射光的回收。发射端光纤一端与光源耦合,另外一端与鲍威尔棱镜耦合置于水下形成扇形光幕。接收端光纤一端均布于鲍威尔棱镜出口,另一端与PIN型光电传感器耦合。设计齿形一维原向反射器并完成加工制造,光线将沿着入射光方向原向返回,另外一维方向则仍为镜面反射,将接收系统置于发射点垂直光面内附近即可接收大部分光能量,解决了现有原向发射器因水介质折射率不同于空气而导致原向反射特性消失的问题。实验采用波长为(532±5)nm绿光激光器,功率稳定性<1%,光学噪声<0.5%,准直后耦合至长度为2m的单模光纤再经过鲍威尔棱镜展宽为60°扇形一字线光幕,扩束模块封装采用尼龙防水材料,接收光纤均布于光源周围形成环形光纤束,光纤另外一端均匀排列与PIN光敏二极管直接耦合。光敏二极管前加中心波长为532nm的光学滤光片,FWHM=(3±1)nm,透过率为70%。PIN型光敏二极管有效尺寸为5.0mm×5.0mm。采用多档可调的光电信号调理电路以适应不同尺寸的测试对象。该系统进行了不同目标速度参数测试实验,以钢弩为发射装置,信号经过光纤回收、信号调理,采集至计算机处理获得波形及区间内平均速度,两激光光幕之间的距离为定值300mm,波形峰值作为计时时刻。成功获取了较高信噪比的波形信号和目标速度值。利用水下运动体模型与模拟结果进行比较得到其绝对误差。实验结果表明:本方法结构简单、重复性好,可实现有效区域达到1m×1m,最小可测目标尺寸为5mm,理论测速上限可达1 000m·s-1,实验数据通过与理论经验公式结果比对表明,系统测试精度可达0.2%。

摘要：依据压阻效应原理,利用微电子机械系统(MEMS)制作技术设计并制作出一种新型的水声接收换能器—MEMS单矢量水听器,期望利用敏感材料的压阻效应以及水听器精巧的微结构,实现矢量水听器的低频特性和小型化。通过有限元软件ANSYS对水听器微结构进行了静态仿真,利用MEMS微机械加工工艺制作出水听器微结构并对水听器进行了封装,采用振动台标定和水下驻波场测试相结合的方法完成了水听器的测试。测试结果表明:结合压阻效应原理和MEMS技术制作矢量水听器具有可行性。该水听器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有"8"字型的指向特性,单个水听器就能对水下水平面内的声源目标进行定向探测。

摘要：为了实现MEMS高量程压阻式加速度传感器的小型化,并提高其性能,提出一种多目标优化方法。将加速度传感器的性能、尺寸作为多目标函数,并将最优空间填充设计(OSF)和克里金(Kriging)代理模型相结合,构建目标函数与几何变量之间的函数关系。然后将精度较差的样本点作为细化点、不断更新代理模型,直至模型拟合精度满足指标要求。最后利用非支配排序遗传(NSGA-Ⅱ)算法进行多约束优化得到帕累托(Pareto)最优解集。优化结果表明,传感器的尺寸减小了29.33%,一阶谐振频率提高了27.94%,在100000 g_(n)过载下的理论灵敏度提高了23.64%,且不会降低该高量程加速度传感器的抗过载能力,从而验证了该方法的有效性。

摘要：针对风速风向对悬索桥的安全性影响,为了实现对悬索桥风速风向的精确监测,设计了基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统。系统采用STM32为控制单元,超声波换能器为敏感单元,实现发送和接收超声波信号,MS1022高精度时间测量模块为测试单元,实现超声波飞行时间的计量,LoRa无线模块为数据传输单元,实现风速风向数据上传至上位机,上位机为显示处理单元,实现数据实时显示。经实际测试,系统风速测量误差在0.1 m/s以内,风向测量偏差不超过0.8°,达到了《数字风速仪检定规程》的标准。

摘要：为获取穿甲弹侵彻双层钢靶板过程的高g值冲击过载数据,研制了具有四端全固支的梁岛结构压阻式MEMS的高g值传感加速度计。该加速度计梁根部和端部采用倒角结构,增强了器件强度;采用改进型环氧树脂与不锈钢壳体相结合的强化封装方法,提高了加速度计的抗过载能力;该加速度计与具有特种缓冲结构的高过载电子存储记录器组成了一体化的高过载测试装置。在穿甲弹侵彻双层钢靶的试验中获取了最高峰值达43万g的完整侵彻过程数据,对数据进行截止频率为10 kHz低通滤波后得到侵彻第一层钢靶的峰值过载为-83 281 g,侵彻第二层钢靶的峰值为-115 185 g。试验结果表明该加速度计是一种理想的高过载测试装置,能为相关工程设计及实践提供重要依据。

摘要：针对飞行过程中的定位问题,设计了一款高功率、体积小的新型定位装置。该定位装置主要由北斗模块、单片机模块和供电模块三部分组成。北斗模块由卫星无线电定位系统和卫星无线电导航系统模块集成,信标工作时首先通过卫星无线电导航系统快速获取定位数据,定位数据经过单片机处理后通过卫星无线电定位系统发送至卫星,然后地面短报文接收机接收到数据,最终传输至上位机,将经度、纬度等参数详细转换并呈现至上位机界面。本设计采用双北斗模块和多接收模块保证发射频率和接收效率。经过连续的测试后,新型定位装置运行状态稳定,通信成功率≥95%,能够达到预期要求。

摘要：环形谐振器作为谐振式光学陀螺的核心敏感部件,其精细度的大小直接影响光纤陀螺的灵敏度,所以研究光纤环形谐振器的特性及其精细度是优化陀螺设计和制造及提高性能的关键。通过对比分析不同耦合器结构的耦合原理,系统分析了在一定激光器线宽的基础上,谐振式光学陀螺系统灵敏度和谐振腔光路中各参数的间的关系及耦合器耦合系数与各损耗参数间的关系。设计优化R-MOG系统的主要参数。最终在同时考虑到谐振腔的高精细度和高Q值得前提下,得到当腔长尺寸为21.4 cm时,精细度达170,Q值为3.34×107,此时,灵敏度为0.48(°)/h,并且,通过建立一个R-MOG闭环实验系统,对系统双路转动的闭环响应进行了测试,这为陀螺系统的构建提供了理论和实验基础。

摘要：设计了一种基于可调谐滤波器的高精度宽量程光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统,通过动态跟踪与锁定的方法将法布里-珀罗可调谐滤波器(FFP-TF)的输出激光锁定在传感光栅反射谱的-3dB处,利用对温度不敏感的标准具对光栅反射波长进行校准,再通过插值拟合算法实现传感光栅中心波长的实时高精度解调。该解调系统解决了基于光学滤波器光栅解调系统所存在的精度与测量范围之间相互制约的矛盾。实验结果表明系统的静态波长漂移量在较宽的测量范围内为2pm,多项式拟合精度达0.998。