为了更有效地评估3D设备观测导致的视觉疲劳, 首次采用动态贝叶斯网络对3D观测者的立体视觉疲劳概率进行计算。在构建有向无环图的过程中考虑立体视觉中的多种因素与疲劳现象之间的相互关系, 在疲劳节点上加入生理特征节点与动态因素进行合理评估, 使得各节点的状态与贝叶斯网络节点的状态概率一一对应, 为立体视觉疲劳概率评估提供了系统的方案。结果表明, 与当前MOS方案相比, 采用动态贝叶斯网络的方案更为全面地分析了观测者的疲劳状态, 所评估的疲劳概率比观测者的主观结果更精确, 更为接近实际情况。
立体视觉疲劳 动态贝叶斯网络 MOS方案 生理特征 动态因素 双目视差 stereoscpic visual fatigue dynamic Bayesian network MOS method pysiological feature dynamic factor binocular parallax
1 太原理工大学 信息工程学院, 太原 030024
2 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室-微纳系统研究中心, 太原 030024
3 中北大学 计算机与控制工程学院, 太原 030051
SOI纳米光波导表面粗糙度会显著增加波导散射损耗, 降低表面粗糙度是其在许多方面应用中亟待解决的关键问题之一。首先介绍了表面粗糙度概念, 总结了表面散射损耗理论方面的研究进展。随后回顾了多种SOI纳米光波导表面粗糙度测量方法, 以及在表面形貌表征中存在的问题。此外, 还对几种波导表面光滑工艺进行介绍, 并结合具体的工作对光波导表面粗糙度各方面研究进展进行了总结。
集成光学 光波导 表面粗糙度 散射损耗 integrated optics optical waveguide surface roughness scattering loss
1 太原理工大学 信息工程学院 微纳系统研究中心,山西 太原 030024
2 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室,山西 太原 030024
低损耗高Q值硅基纳米光波导谐振腔,是高灵敏探测器、生物传感器、光通讯器件等发展的关键。而波导表面粗糙度会造成较大的光传输损耗,是制约硅基纳米光波导谐振腔Q值提高的一个重要因素。降低硅基纳米光波导表面粗糙度已成为光波导器件发展的一个关键问题,氢退火工艺是当前改善波导表面粗糙度的一种关键技术。基于表面硅氢键流密度理论,利用Materials Studio软件模拟氢退火光滑化处理过程中硅与氢之间的反应,搜索反应过渡态,探究硅氢键、温度等因素对反应的影响。结果表明: 在高温氢退火氛围下,波导表面硅原子与氢原子之间能够形成硅氢键,且温度越高,在硅氢键作用下表面硅原子迁移速率越快,表面由高能态向低能态过渡,表面光滑化效果越明显。
光波导 硅氢键 光滑化 waveguide silicon hydrogen bond smoothing 红外与激光工程
2016, 45(8): 0816001
1 太原理工大学微纳系统研究中心，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室，山西 太原 030024
3 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室，山西 太原
使用时域有限差分(FDTD)方法研究了基于SOI微环谐振腔结构的条形和脊型波导，探究了微环谐振腔应用于生物传感的理论。分析了结构的几何尺寸对生物传感器灵敏度的影响。通过分析条形和脊型波导的模场分布图，解释了条形波导的灵敏度明显高于脊型波导的原因，且随着波导宽度的增加其灵敏度系数的变化遵循相同的趋势。并且，当条形波导取得最高的灵敏度系数时，其横截面是方形的，然而脊型波导的最大灵敏度值对应的却是不完全对称的几何结构。当条形波导的横截面全对称时，灵敏度达到最大值172.3 nm/RIU。
条形和脊型波导 微环谐振腔 生物传感器 横截面 strip and rib waveguides microring resonator biosensor cross section
太原理工大学 微纳系统研究中心, 太原 030024
针对硅基光波导与单模光纤在光耦合过程中存在耦合效率低, 对准难度大的问题, 提出了一种新型基于绝缘体上硅(SOI)结构的纳米光栅耦合器。运用有限时域差分法探究了纳米光栅耦合器的结构特性, 结合光纤准直器的准直原理, 系统分析了纳米光栅耦合器的结构模型。研究了入射光波长、入射角度、光栅占空比等因素对光栅耦合效率的影响, 得出了基本纳米光栅耦合器的最佳结构参数;在基本耦合光栅结构的基础上进行了改进, 增加了后反射器、增透膜和底层介质膜, 并运用Optiwave OptiFDTD 8.0软件优化了各部分结构的设计参数, 得到了优化的耦合光栅结构。纳米光栅耦合器的耦合效率提高至59.37%, 3 dB带宽达到65 nm。
纳米光栅耦合器 有限时域差分法 耦合效率 绝缘体上硅 光纤准直器 nanometer grating coupler finite-difference time-domain method coupling efficiency silicon on insulator optical fiber collimator 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024123
1 太原理工大学 信息工程学院 微纳系统研究中心, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
建立了一套基于阻抗响应的磁弹性传感器共振频率测量系统, 研究了该系统的共振频率测量原理, 等效电路模型和磁弹性传感器共振频率测量电路。首先, 介绍通过磁弹性传感器阻抗变化获取其共振频率的原理;根据磁弹性传感器对线圈阻抗的影响建立了磁弹性传感器等效模型电路。然后, 设计了一种基于片上系统的阻抗测量电路。最后, 验证了该磁弹性传感器共振频率测量系统的可行性和可靠性。实验结果表明: 该系统测得的频率分辨率小于0.1 Hz, 精度为0.5%。与传统网络分析仪系统相比, 测量同一Metglas 2826MB材料所得共振频率仅相差60 Hz;测量两个长度不同的Metglas 2826MB材料所得共振频率比为0.74, 与理论计算值0.8相近。另外, 该系统也可用于磁弹性传感器在不同介质中的共振频率测量。得到的结果显示: 设计的测量系统完全可取代昂贵庞大的网络分析仪, 具有高度集成, 强抗干扰, 低成本和便携式测量等优点。
磁弹性传感器 阻抗响应 共振频率 频率测量 磁致伸缩 magnetoelastic sensor impedance response resonance frequency frequency measurement magnetostriction 光学 精密工程
2014, 22(11): 3012
1 太原理工大学 信息工程学院 微纳系统研究中心, 山西 太原, 030024
2 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室, 山西 太原 030024
设计了基于微机电系统(MEMS)的一阶、二阶传动低频压电振动能量采集器, 通过压电效应将低频振动能量转化为电能来解决低频(小于200 Hz)振动环境中的能量采集问题。一阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁及压电悬臂梁, 二阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁、二阶传动梁及压电悬臂梁。数学建模及有限元分析显示: 采集器工作频率随一阶、二阶传动梁及压电悬臂梁材料的杨氏模量的减小均呈单调递减的趋势; 传动梁的设计可有效降低采集器的高阶工作频率、拓宽工作带宽; 而二阶传动梁可以在1g加速度条件下, 获得10.98 Hz和44.52 Hz两个超低频率的电压峰值(分别为3.18 V/g和1.33 V/g), 使系统工作频率降得更低, 50 Hz以下的有效工作带宽更宽, 更适合与低频振动环境匹配进行能量采集。
低频振动 压电能量采集器 微机电系统 传动梁 low-frequency vibration piezoelectric energy harvester Micro-Electro-Mechanical System technology transmission beam
