摘要：喷墨打印技术具有无需掩膜图形化、室温加工、方便操作等优点。利用喷墨打印技术在微热板上打印SnO_2多孔薄膜。根据打印机的定位精度和微热板的悬空尺寸设计了打印图形,根据目标厚度确定打印层数,以及打印后的干燥工艺参数;通过扫描电镜对薄膜结构进行微观表征,敏感薄膜表面平整,成膜均匀;最后对其进行气敏测试,当微热板工作在250℃时,打印的SnO_2气敏薄膜对乙醇有良好的响应,检测到最低乙醇浓度为0.5×10^(-6),响应和恢复时间均在3 s左右。

摘要：针对红外探测微测辐射热计的应用,设计了一种12位全差分高速低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。该设计采用了新型的电荷重分配型数模转换器(DAC),通过对高位码字(MSB)段与低位码字(LSB)段采用两种不同参考电压的方案,使电路在保证性能的同时降低功耗与面积。电路基于CSMC 0.18μm CMOS工艺,对模数转换器整体进行仿真,当采样频率为5 MSPS,输入频率为195.3 kHz的正弦波信号时,输出信号的无杂散波动态范围(SFDR)为74.1 dB,有效位数为10.66 bit,功耗为200μW,品质因数为24 fJ/conversion-step。

摘要：将微热板与静电梳齿执行器结合,设计出一种恒温加热状态下调节气敏薄膜(SnO_2)应力的系统结构。采用有限元软件(COMSOL Multiphysics)仿真分析了不同温度下器件的形变、气敏薄膜中的应力分布及其调节范围。仿真结果表明,气敏薄膜中的应力随着静电梳齿执行器驱动电压的升高而下降,成功实现对气敏薄膜中应力分布的调节,该结构可用于应力对薄膜气敏特性影响的研究。

摘要：基于MEMS红外光源的稳定驱动需求,设计了一款高精度控温CMOS集成电路,具有对光源温度的实时监测与闭环控制功能,能够克服环境温度变化等干扰因素的影响,从而提高红外光源的温度稳定性。采用0.35μm标准CMOS工艺完成了芯片的流片制造。测试结果显示,在该芯片驱动下,MEMS红外光源系统在10 ms内即可快速升温至450℃,且控温精度优于±1.5℃。该电路实现了温度快速调制、控温精度高、集成度高等优点,满足红外光源的稳定驱动需求。

摘要：目的为更好评价踝足矫形器(ankle⁃foot orthosis,AFO)的人机工效,提出一种AFO人机耦合仿真刚度对步态生物力学影响的评价方法。方法首先,评测两种AFO的力学特性并量化其刚度;其次,采集30名受试者在正常与穿戴两种不同刚度AFO行走条件下的运动学及动力学数据;最后,通过仿真计算,定量对比分析AFO刚度对行走中下肢关节角度、关节力矩与肌肉力的影响。结果在穿戴两种刚度AFO情况下,支撑相踝关节背屈峰值角度、膝关节屈曲峰值角度和髋关节伸展峰值角度均显著增加(P<0.05),比目鱼肌与腓肠肌峰值肌肉力呈现增加趋势。踝关节跖屈峰值角度、髋关节屈曲峰值角度与髋关节屈曲峰值力矩均显著降低(P<0.05)。结论本文所提出的AFO人机耦合仿真方法可以有效实现不同刚度对步态生物力学影响的定量评估,该方法同样也适用于评估和优化其他辅助器具的人机工效,可以为AFO的选配、适配、优化设计提供方法指导。

摘要：基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO_(2))纳米材料复合薄膜作为辐射增强层。基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性。采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片。性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41 ms,电功耗仅为138 mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射。

摘要：由于硅基底断裂韧性低及压电厚膜有利于提高俘能器输出功率,因此,该文提出在304不锈钢基底上制备PZT压电厚膜俘能器。304不锈钢薄片既作为基底又作为下电极,金属Pt/Ti结构作为上电极。不锈钢基底厚为30μm,采用电流体驱动雾化沉积制备5μm厚的压电材料,通过对压电材料XRD表征,得到了在(110)晶向择优取向的钙钛矿结构。设计了长20mm、宽5mm压电悬臂梁结构俘能器。实验表明,压电俘能器的谐振频率为81Hz,当加速度为0.69 g(g=9.8m/s2)时,输出开路电压峰-峰值为1.3V;负载电阻为260kΩ时,输出功率最大(为0.758μW),对应的功率密度为3.19mW·cm-3·g-2。

摘要：面向二氧化硅(SiO2)材料开展了近场辐射传热实验测量方法研究,其核心工作是近场热辐射传感器设计。首先,基于电磁波理论以两个平行的SiO2平板为对象分析近场热辐射的特性并以此确定近场热辐射传感器的关键参数;其次,根据近场热辐射的作用效果确定实验方案并设计相应的近场热辐射传感器;再次,基于经典传热理论确定实验模型,以及设计传感器的微加工工艺;最后,本实验方法在其他介质的近场辐射传热测量中的应用。

摘要：针对可穿戴医疗设备,设计了一款0.5 V供电.2 kS/s采样率、10 bit精度的低压超低功耗逐次逼近型模数转换器(SAR ADC).设计采用自举采样开关来实现高线性采样.在低功耗策略上,使用了0.5 V的电压供电,使电路中绝大多数晶体管处于亚阈值区,由此产生的极低的电流对整体功耗的降低起了关键作用.另一种低功耗策略表现为在各个模块的选择、设计上,采用的5~5分段且逐位分裂的DAC电容阵列在降低自身能耗的同时省去了基准电路,降低了整体功耗,比较器以及SAR逻辑均采用无静态功耗的动态结构来降低能耗,此外,特别地提出了一种具有控制状态检测的高能效的控制电路,该电路不仅解决了由于时序处理不当而产生比较器误判的问题,且每个模块可以控制4个电容,提高控制效率的同时也降低了能耗.基于SMICO.18 μmCMOS工艺进行设计与后仿真,仿真结果表明,在0.5 V供电、2 kS/s采样率下,电路可达到的有效位数(ENOB)为9.68 bit,信噪失真比(SNDR)为60.1 dB,功耗为15.45 nW,品质因数(FOM)为9.4 fJ/conv-step.

摘要：为了克服表面叉指电极d33模式微机电系统（MEMS）悬臂梁振动俘能器中存在的压电材料极化不完全、存在弯曲电场等问题,提出了一种电极贯穿于整个压电层的全d33模式MEMS悬臂梁振动俘能器。根据机电耦合模型,分析了电极尺寸与材料厚度对压电俘能器输出功率的影响。优化结果表明：当硅基底厚度为20μm、电极宽度1μm时,电极间距最优范围为25~75μm,PZT材料最优厚度为7μm,归一化后得到功率密度为34.5 m Wcm-3g-2n。通过在表面叉指电极d33模式俘能器的基础上增加电镀电极工艺,设计了不锈钢基底的全d33模式MEMS俘能器的工艺流程,完成了部分单元工艺。