北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100101
该文给出了一种热振子式双轴微机电系统(MEMS)角速度陀螺的敏感机理。在给出双轴敏感原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上, 对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明, 开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的温度场; 当有角速度加载时, 热振子随着输入角速度而移动, 造成温度场偏移, 两个正交Y(X)方向上对称设置的两热线温差ΔTY(ΔTX)随着输入角速度ax(ay)的加大呈现线性增长, x、y轴平均温度灵敏度为121 mK/(°)/s; 根据输入-输出ωx-VYout和ωy-VXout特性曲线得到数学模型, 从而揭示了敏感机理, x、y轴平均灵敏度为0.091 mV/(°)/s, 平均非线性度为1.86%, 平均交叉耦合为2.3%。该文为优化结构奠定了实用理论基础。
热振子 微机械 陀螺效应 双轴 交叉耦合 敏感机理 数学模型 thermal oscillator micromechanics gyroscopic effect biaxial cross-coupling sensitive mechanism mathematical model
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100101
该文提出了一种高灵敏度的热膨胀陀螺, 并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的二维模型, 并对其进行了有限元分析。结果表明, 输入功率为5 mW, 输入角速度范围为-1 000~1 000 (°)/s时, 提出的热膨胀陀螺温度灵敏度为2.12 mK·[(°)/s]-1, 具有陀螺效应,且热膨胀陀螺灵敏度为1.98 mV·[(°)/s]-1, 非线性度为7.64%。与之前的结构相比, 陀螺灵敏度有提高。该高灵敏度热膨胀陀螺具有抗冲击能力强, 制作成本低, 工艺简单及可靠性高等优点, 可用于航天、消费电子及**等领域。
热膨胀陀螺 微机械 单轴 敏感机理 数学模型 thermal expansion micromechanics single axis sensitive mechanism mathematical model
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100192
该文提出了一种单轴微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺的基本结构, 并揭示了其敏感机理。通过有限元法, 利用COMSOL Multiphysics建立了陀螺的三维模型, 在有无角速度时对陀螺敏感元件的温度场和等温线变化情况进行计算。结果表明, 单轴MEMS热膨胀流陀螺具有陀螺效应, 输入角速度为[-1 080 (°)/s,1 080 (°)/s], 陀螺的结构灵敏度为0.053 9 K/[(°)·s-1], 非线性度为14.13%。
热膨胀流陀螺仪 微机电系统(MEMS) 有限元分析 三维模型 thermal expansion flow gyroscope MEMS COMSOL COMSOL finite element analysis three-dimensional model
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100101
该文揭示了一种动热源摆式单轴微机电系统(MEMS)热加速度计的敏感机理。在给出敏感结构原理的基础上, 通过建立二维物理研究模型、划分网格、加载加速度等方法对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明, 开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的以动热源为中心的温度场; 输入加速度a时, 动热源沿着加速度方向偏移, 温度场随之偏移, 敏感轴方向上对称设置的两个热线温差ΔTX随着输入加速度a的加大而呈线性增长, 温度灵敏度为7.1×10-2 mK/g。根据输入-输出(a-VXOUT)特性曲线给出数学模型, 得到该加速度计灵敏度为0.5 V/g, 非线性度为2.8%, 从而揭示了敏感机理。
热气体加速度计 微机械 动热源 单轴 敏感机理 数学模型 thermal gas accelerometer micromechanics dynamic heat source single axis sensing mechanism mathematical model
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100192
针对无掩膜光刻技术在进行大面积图形曝光时会出现曝光质量差, 精度低, 程序繁等问题, 该文提出了一种改善无掩膜光刻机图形质量的方法。通过设置“L”型定位标记将图形尺寸进行精确定位, 再通过单场图像格式重命名系统, 解决大面积图形切割过程中的乱序问题, 最后提出了一种寻找最佳曝光位置的方法, 以提高单场图形的曝光质量。该文提出了一种减小大面积图形拼接误差的方法, 以提高整体图形的拼接质量; 同时还提出了一种二次光刻的对准方法及对准误差校正方法, 该方法与已有的套刻方法有区别。通过实验进行验证和分析, 结果表明, 该方法能有效地提高大面积图形的曝光质量, x、y方向的拼接误差距离均缩小到1 μm内, 对准误差精度达到±0.3 μm。该研究为后续的光刻工艺及湿法腐蚀工艺奠定了理论基础。
无掩膜光刻 显微镜 曝光 切割 拼接误差 maskless ligthography microscope exposure cutting stitching error
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130031
2 中国科学院大学,北京 100049
3 长光辰英生物科学仪器有限公司,吉林 长春 130031
为解决传统拉曼光谱信号强度弱、信噪比低的问题,本文提出一种新型的共聚焦拉曼系统,通过外接光子晶体光纤实现共聚焦点的绝对共轭,总结了光子晶体光纤耦合过程中出现的技术问题,并对实际样品进行测试。与Thorlabs、OZ两种常规共聚焦拉曼系统所用光纤、Witec 532 nm-alpha300R拉曼系统进行比较,在相同激光强度和积分时间下,本文信噪比为73.8382,显著高于Thorlabs、OZ两种光纤的37.1557和40.0342,而相较于Witec 532 nm-alpha300R的65.5312,也提升了12.68%,高质量的拉曼信号使得该绝对共轭共聚焦拉曼系统具有广阔的市场前景和超高的市场竞争力。
拉曼光谱 绝对共轭 光子晶体光纤 信噪比 Raman spectrometer absolute conjugation photonic crystal fiber SNR