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：针对金刚石氮空位(NV)色心量子传感器中微波天线体积大、无法与金刚石紧密接触造成天线与金刚石位置不固定、引起传感器灵敏度低的问题,设计了一种将微波天线集成到金刚石NV色心的一体化方法。采用导电性更强的金薄膜作为天线材料,通过高频结构模拟器(HFSS)仿真软件确定天线尺寸。利用微纳加工工艺和磁控溅射技术在金刚石NV色心表面制作了微波天线,实现了金刚石一体化微波天线。对金刚石一体化微波天线的仿真与实验数据进行对比分析。与传统微波天线相比,设计的天线体积缩小约50%,激发荧光效率和磁场灵敏度分别提升了约20倍和约10 nT/Hz^(1/2)。该方法结合3D打印技术可有望大幅缩小金刚石NV色心量子传感器的体积,对量子器件的微集成化发展具有重要意义。

摘要：枪声识别技术在军事环境下可以快速准确地提供战场信息,但是目前大部分枪声识别系统均部署在服务器端,实用性和可行性不高,针对这一问题,本文设计了一种基于ZYNQ的枪声识别系统。该系统以ZYNQ7020芯片为核心,充分利用ZYNQ芯片集ARM与FPGA于一体的特性,首先在芯片的FPGA部分设计了多通道数据传输链路和声场特征参数提取模块;其次在芯片的ARM部分部署经过PC端训练后的轻量化网络模型,对经过FPGA提取的特征参数进行处理,进而实现对枪声种类的识别;最后使用枪声数据集NIJ Grant 2016-DN-BX-0183中的3种枪声在外场进行试验。试验结果表明,该系统能够准确地对枪声进行分类,枪声的平均识别率达到91.67%。该成果在枪声识别领域具有较强的应用价值。

摘要：针对航天发动机、涡轮机等旋转部件的温度测量系统中的信号传输问题,以850 nm波长的红外光为载体,设计了基于FPGA的无线激光通信的数据传输系统。该系统由转子端的光发射模块、定子端的光接收模块、地面可视化设备3部分组成。此外,在前置放大电路中引入一个反馈电容,系统的开环增益曲线会增加一个极点做补偿以提升系统的稳定,并进行了仿真验证。在此基础之上,搭建实验系统对电路性能进行测试。通过仿真及实验验证,结果表明:设计的方案可以实现传输速率为40 Mbit/s的稳定传输,为旋转环境的动态监测技术中的无线数据传输提供了一种可行性方案。

摘要：文中设计了一种基于采样保持原理的高精度量程自适应电导率检测电路,以双极性交流方波作为激励信号源,通过采样保持的方法对电导池两端的交流电压及流经电导池的交流电流信号差分化并进行采集,同时使用铂电阻作为温度传感器对测量得到的电导率进行温度补偿。双极性交流方波激励信号有效降低了交流正弦信号作为激励源时电极电容效应和极化效应所引起的误差,差分式采样保持电路减少了外界环境变化引起的电路噪声,量程自适应电路保证了电导率测量的宽量程,通过上述方法弥补了传统电导率测量电路定量程、测量范围窄、精度低的缺点。测试结果表明:文中设计的电导率测量电路测量范围为0.1~40 000μS/cm,重复性误差小于1%,测量基线噪声小于0.25 nS/cm。

摘要：设计了一种用于X波段和Ku波段电磁能量收集的可扩展宽频超表面能量收集器,其由周期性结构单元、整流器和负载组成。通过结构单元相互连接构建能量传输通道,实现入射能量的传输和聚集,进而增强了超表面能量收集器捕获能量的能力。通过超表面阵列和整流器的共面集成设计,减少了能量传输中的功率损耗,并简化了结构。仿真结果表明,该超表面能量收集器在6.5~19 GHz频带下具有良好的吸收,在12.75 GHz谐振频率下具有98%的半功率带宽。对制备的10×9的超表面有限阵列进行测试,结果表明,在可用输入功率为16 dBm时,超表面能量收集器的射频-直流转换效率最高可达56.2%。设计的超表面能量收集器具有宽带吸收、阵列数量可扩展的特点,能够在不同环境下高效地收集电磁能量。

摘要：为满足超声技术领域对宽频带超声换能器的迫切应用需求,研究了一种新型的六边形结构电容式微机械超声换能器(CMUT)。介绍了CMUT的结构参数与工作原理,采用晶圆键合工艺完成了CMUT的制备,对CMUT的电容-电压特性、电导特性、电纳特性、相位特性、阻抗特性与接收灵敏度进行了测试。测试结果表明,该六边形CMUT具备发射与接收超声波的能力,谐振频率随直流偏置电压增大而减小,接收灵敏度可达-225.97 dB(频率1 MHz),且在频率1~10 MHz内一致性较高,变化量为-2.84 dB,显示出其宽频带特性。该研究可为后续二维六边形结构CMUT阵列的优化设计和性能分析提供有力依据。

摘要：针对传统多总线数据监测系统中存在的数据传输实时性不高、系统硬件占用资源多、系统可维修性低等问题,设计了以FPGA为核心,以多路RS422、RS232、1553B总线作为通讯接口,以信息识别、信息提取、数据融合、多总线动态重构、双冗余传输为主要功能模块,以信道速率动态调节的RS422为数据传输路径,采用双冗余传输方式,依据FPGA标准化设计思路,提出了基于FPGA多总线动态重构监测系统设计方案。实验测试结果表明:在20、60、-40℃环境温度下,多总线动态重构时间均小于1 s,数据传输误码率远低于0.02%,系统工作稳定,满足设计需求。

摘要：电容式微机械超声换能器(CMUT)具备比压电式超声换能器微型化、高密度阵元集成、高机电耦合系数等优势,在医学成像、流量测量等领域展现出巨大的潜力。本文基于牺牲层释放工艺,设计并成功制造了高密度集成的微型CMUT阵元,在水中对其进行了性能测试和表征。实验结果显示,该换能器具有优异的发射线性度(非线性度为0.74%),以及良好的发射和接收灵敏度。此外,轴向声压衰减趋势符合负指数衰减规律,并且具备出色的指向性能(-6dB主瓣宽度为26°),同时旁瓣干扰极小。

摘要：通过关键工艺步骤,将硅(Si)纳米膜制备在差分结构水听器上作为压敏电阻,利用Si纳米膜的巨压阻效应来提高水听器的灵敏度;利用深Si刻蚀,将Si柱与芯片一体化,减少了差分结构的对准误差,同时抑制海洋洋流带来的振动干扰。设计了相对应的光刻掩模版和整套工艺流程,通过MEMS工艺,成功加工出Si纳米膜作为压敏电阻,实现矢量水听器芯片与Si柱集成化。对制备好的芯片进行观测与测试,使用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)设备观察芯片形貌良好,尺寸与设计基本一致;通过半导体分析仪测量得到压敏电阻器的阻值为15.3×10^(4)Ω,线性度良好,符合矢量水听器功能需求。