摘要：为满足车载激光雷达接收光学系统在复杂环境实际应用中的温度适应性要求,本文基于一种将长焦镜头与线阵探测器相结合,通过局部图像级成像显著提高激光雷达系统探测分辨率的方案,设计了一款轻小型无热化的四片式全玻璃长焦镜头,研究了其在不同温度下的像面漂移。分析结果表明,所设计的长焦镜头在整个-40~100℃的温度范围内焦移量为0.021 mm,小于焦深0.074 mm,在30 lp/mm处各视场调制传递函数(MTF)均大于0.5,全视场内光斑半径在7μm以下,水平及垂直角分辨率为0.045°(H)×0.045°(V)。此长焦接收光学系统结构简单、成像质量高、环境适应性强,在车载激光雷达领域具有良好的应用前景。

摘要：为了设计出一套应用于空速校准的远程外置式大气静压精密测量装置的静压管,研究分析静压管的结构参数对静压感测精度的影响程度和显著性,并对静压管结构参数进行优化设计。鉴于静压管结构参数是影响静压管感受误差的重要因素且是多因素多水平的,选择其中对静压感测精度敏感的4个结构参数,采用正交实验设计方法,有效地排列各参数的水平,利用计算流体动力学(CFD)技术分析和仿真静压管大气流场。数值计算结果表明,静压管长度、静压孔直径是影响静压感测精度最主要的2个因素,结构参数最优的静压管在M a<1时,C p<0.019 8,静压感测精度高。通过现行拖锥法的静压管参数仿真和低速风洞实验验证了模型和数值计算方法的正确性和准确性,该方法对机外远程外置式静压精密测量的静压管设计具有一定参考价值。

摘要：采用MEMS技术加工的底层隔板能够为壁面剪应力的测量提供新的手段。利用有限元法(FEM)建模仿真、正交实验设计以及各因素的极差分析,考查了微敏感结构宽度、厚度和凸出壁面高度对底层隔板固有频率和压阻灵敏度的影响规律,完成了底层隔板的结构优化设计。仿真结果显示:微敏感结构厚度对隔板固有频率和灵敏度影响最大,提升敏感结构高度能够有效提高压阻灵敏度,固有频率和压阻灵敏度受微敏感结构宽度变化影响很小。基于绝缘体上硅技术,利用电感耦合等离子体刻蚀工艺形成底层隔板结构,反应离子刻蚀工艺完成对敏感结构的释放,所加工底层隔板的整体尺寸为5.9mm×10.1mm×0.39mm。底层隔板的动态特性测试表明样件固有频率为1 453.1Hz,与有限元仿真结果的最大偏差为4.4%。

摘要：研制了一种基于微机电系统(MEMS)技术的微型阵列式推进器,并开发了记录其点火过程的音频采集系统。该推进器利用金属溅射、体硅干法刻蚀等工艺制作点火电阻和燃烧室,完成了点火电阻、引线以及焊盘的一体化加工,利用硅-玻璃阳极键合工艺完成燃烧室和点火电阻的封装,并采用硅微麦克风捕获点火过程产生的音频信息。结果表明:MEMS阵列式推进器尺寸为8.8 mm×8.8 mm,采用5 V低电压供电实现推进器点火,功率约为900 mW,由捕获的音频信息可知,点火过程大约持续了40μs。作为皮卫星的有效载荷,满足飞行任务需求。

摘要：为提高设计水平和效率,建立了浮动电容式剪应力微传感器结构设计解析模型。该解析模型明晰了微传感器探头结构参数与传感器性能指标之间的关系。针对微传感器量程、固有频率、非线性度、灵敏度和分辨率等指标需求,能够更有针对性地快速得到优化传感器结构方案。结合设计案例,给出了微传感器探头结构的设计方法与流程,设计研制的传感器测试实验结果与解析模型的设计结果相符合。

摘要：飞机在飞行过程中经常面临结冰危险,具有迫切的防冰需求,高效节能的超疏水电热复合防冰蒙皮具有广阔的应用前景,但目前设计流程中尚未考虑超疏水表面过冷水滴收集特性。为充分发挥超疏水表面对飞机防冰系统的作用,本文设计了一套液滴直径与流量可精准控制的喷雾装置,确定了过冷水滴捕获率试验的方案,并结合传热及表面特性相关理论总结了不同试验条件下表面捕获率变化规律。试验结果表明,在一定环境条件中,超疏水表面与聚酰亚胺(PI)表面的过冷水滴捕获率相对值保持稳定,约为25%。结合热传递及受力分析,超疏水表面能够有效减少水滴在表面的停留总量及停留时间,从而降低过冷水滴捕获率。本文为新一代超疏水电热复合蒙皮的防冰功率精确设计与能耗优化提供了依据,对保证恶劣环境下无人机正常工作具有重要意义。

摘要：针对MEMS磁强计的精度无法满足姿态测量系统的航向角测量要求,对磁强计的误差来源进行了模型化分析,设计了一种基于自适应遗传算法的空间椭球磁强计校准方法。首先,采取自适应遗传算法,对磁强计测量的原始数据进行空间椭球的拟合,用估计的参数进行刻度系数、软磁干扰、硬磁干扰与零位偏置的综合误差补偿。其次,利用最小二乘法求解出非正交轴的方向余弦,进行非正交误差和安装误差的补偿。最后,将该方法应用到某姿态测量系统中,分别用未补偿和补偿后的数据进行姿态测量实验,实验结果表明该方法准确计算出磁强计的误差参数,使补偿后的航向角精度提高了6.8倍。

摘要：为增大静电驱动二维微扫描镜的机械转角,基于非线性动力学理论研究了不同梳齿结构对其振幅的影响,理论上得到发散型梳齿分布相较于平行型梳齿分布具有更大的机械转角。此外,采用绝缘体上硅(SOI)加工工艺设计并制作了这两种结构的微扫描镜,并对其相关特性进行了测试。测试结果表明:在相同的驱动电压下,发散型结构始终都比平行型结构具有更大的机械转角,与仿真结果基本一致;当加载驱动电压为42 V的方波信号时,发散型结构扫描镜的可动框架和镜面的最大机械转角可以达到12.3°、13.49°,而平行型结构扫描镜的可动框架和镜面的最大机械转角则为10.25°、11.68°。

摘要：为了提高微加速度计的噪声性能,研究了一种基于绝缘体上硅(SOI)技术的单轴MEMS加速度计的设计和加工方案。该微加速度计采用大面积质量块的电容式检测结构,通过增加检测质量,在保证灵敏度的前提下,有效地降低了微加速度计的机械布朗噪声,增强了信噪比。另外,该微加速度计采用一种基于Al保护层的MEMS SOI工艺技术制造,有利于提高微加速度计的整体精度水平。测试结果表明:微加速度计的本底噪声为20μgn/√Hz,灵敏度为2.5 V/gn。

摘要：设计了一种基于多重涡流的新型微混合器结构。该结构中多个呈反向分布的规则排列的扩张和收缩结构可产生迪恩流与扩张涡流,基于此,可进行高效率的被动式混合。首先阐述了该结构产生内部迪恩流和扩张涡流的机理,并利用COMSOL软件对该结构进行了液流混合过程的三维数值模拟验证,分析了不同流体流速对多重涡流强弱和混合程度的影响。最后制作了该微混合器,利用2种不同的染料进行了混合实验,通过分析样品的混合效果验证了该混合器的性能。仿真和实验结果均表明:该混合器在低输入流速(0.01μL/s)和高输入流速(7μL/s)下均可实现高效快速的混合,在0.8 cm的距离内即可实现完全混合,在输入流速为5μL/s时最高混合效率可达98.6%。