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非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展 被引量:22
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作者 孙银磊 汤连生 刘洁 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1095-1122,共28页
吸力是非饱和土研究的重点也是其难点。重点在于自然界中诸多物理现象可以用吸力去解释,难点在于非饱和土吸力的量化测试技术现在还不成熟。非饱和土作为地球表层广泛存在的三相组合材料,其力学性质远远比饱和土复杂,归根结底在于土中... 吸力是非饱和土研究的重点也是其难点。重点在于自然界中诸多物理现象可以用吸力去解释,难点在于非饱和土吸力的量化测试技术现在还不成熟。非饱和土作为地球表层广泛存在的三相组合材料,其力学性质远远比饱和土复杂,归根结底在于土中水气界面形成的弯液面收缩膜,导致了土体孔隙产生吸力。非饱和土体的强度变形特征就是其内部吸力不断变化的宏观表现形式,其宏观物理力学性质与吸力之间存在一个桥梁——微观结构。对非饱和土微观结构和吸力理论、试验研究的整体把握是完善土力学的一个重要方法。开展对非饱和土液桥动态结构演化及吸力力链分布特性的研究,是全面了解非饱和土力学性能的重要基础之一,也是深入把握和量化非饱和土吸力的重要手段。 展开更多
关键词 非饱和土 微观结构 粒间吸力 液桥 颗粒接触
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新型高g值压阻式加速度计设计 被引量:10
2
作者 许高斌 花翔 +2 位作者 杜林云 马渊明 陈兴 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第10期42-46,83,共6页
提出了一种新型压阻式加速度计结构,采用微杠杆放大质量块的等效惯性力,将微杠杆结构输出端作为压敏电阻梁,采用双边对称结构设置4根差分压敏电阻梁,构成惠斯登电桥进行测量,提升灵敏度。通过有限元ANSYS与COMSOL仿真软件对结构参数进... 提出了一种新型压阻式加速度计结构,采用微杠杆放大质量块的等效惯性力,将微杠杆结构输出端作为压敏电阻梁,采用双边对称结构设置4根差分压敏电阻梁,构成惠斯登电桥进行测量,提升灵敏度。通过有限元ANSYS与COMSOL仿真软件对结构参数进行设计与优化。该加速度计量程为2000 g,具有高谐振频率294 kHz,采用微杠杆结构将应力放大2倍,交叉轴干扰较低,其应力分别为敏感轴的3.8%和4.6%,以及10倍于量程的抗过载能力。最后设计一套基于标准微机电系统(MEMS)的加工工艺流程,基于SOI技术,利用等离子体硅深加工工艺制作压阻式加速度计,并与玻璃衬底阳极键合,提高加速度计可靠性。 展开更多
关键词 压阻式 加速度计 微杠杆 惠斯登电桥 MEMS 抗过载
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Marangoni效应下的液桥自由面 被引量:5
3
作者 陈耀松 毕远峰 江涛 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第2期137-142,共6页
改进Osher的LevelSet方法用来计算考虑Marangoni效应的液桥自由面及内部的涡流.提出以双调和函数来作为Level函数,从而避免了它们的奇性.求出的自由面的波纹形状以及二次涡远比简化算法所得要小.
关键词 微重力 液桥 LS方法 自由面 航天 M效应
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微型桩支撑引板的无缝桥试设计研究 被引量:7
4
作者 付毳 庄一舟 陈宝春 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2017年第4期96-104,共9页
为研究微型桩支撑引板的无缝桥受力性能,进行了这种新型无缝桥的试设计,采用MIDAS/Civil建立了考虑微型桩-土相互作用的全桥空间有限元模型,对比分析了试设计桥与原桥在恒载作用、汽车荷载作用、引板沉降下的受力行为,以及温度作用、收... 为研究微型桩支撑引板的无缝桥受力性能,进行了这种新型无缝桥的试设计,采用MIDAS/Civil建立了考虑微型桩-土相互作用的全桥空间有限元模型,对比分析了试设计桥与原桥在恒载作用、汽车荷载作用、引板沉降下的受力行为,以及温度作用、收缩徐变效应、引板与接线路面间伸缩量下的受力行为;采用模态分析和地震时程分析方法研究了桥梁自振特性和地震响应。结果表明:竖向荷载作用下试设计桥的主梁边跨正弯矩减少,同时引板沉降减少;微型桩的约束作用会使主梁在升温、降温、收缩徐变作用下的轴力增大;试设计桥在地震荷载作用下位移反应减少,提高了桥梁的抗震性能;该研究成果可为微型桩支撑引板的无缝桥设计提供借鉴,对该新型无缝桥在实际工程中的应用和发展起到推动作用。 展开更多
关键词 微型桩 无缝桥 试设计 有限元模型 桩-土相互作用 地震响应 时程分析
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纳米与微米尺度氧化锌体外遗传毒作用特征的比较研究 被引量:5
5
作者 梁春柳 朱江波 +2 位作者 朱玉平 姚朗 张天宝 《生态毒理学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期299-304,共6页
为揭示纳米氧化锌(ZnO)遗传毒作用特征,以便为纳米材料的安全性评价提供科学依据,利用胞质分裂阻滞微核细胞组学实验和碱性彗星实验比较了纳米和微米尺度ZnO的遗传毒性。结果显示:①微米尺度ZnO在0.02~2.5μg·mL-1剂量下对微核、... 为揭示纳米氧化锌(ZnO)遗传毒作用特征,以便为纳米材料的安全性评价提供科学依据,利用胞质分裂阻滞微核细胞组学实验和碱性彗星实验比较了纳米和微米尺度ZnO的遗传毒性。结果显示:①微米尺度ZnO在0.02~2.5μg·mL-1剂量下对微核、核质桥、核芽和核分裂指数(nucleus divided index,NDI)均无显著诱导作用(P>0.05);而纳米尺度ZnO在>0.5μg·mL-1剂量时可显著诱导细胞产生总微核、Ⅰ型微核和核芽(P<0.05),且均存在一定的剂量-效应关系,剂量为2.5μg·mL-1时,细胞的Ⅱ型微核数、核质桥数和NDI与对照组相比,也呈现出显著差异(P<0.05)。②剂量为2.5μg·mL-1时,处理9、18和24h后,与对照组相比,微米ZnO处理组中细胞各项指标的差异均无统计学意义(P>0.05),而纳米ZnO处理组中总微核数、Ⅰ型微核数和核质桥数具有时间-效应关系。③纳米ZnO在0.5μg·mL-1剂量时可诱导DNA损伤,而微米ZnO在2.5μg·mL-1剂量时才产生损伤效应。研究表明,纳米和微米尺度ZnO在遗传毒作用性质和毒性强弱方面均存在明显差异,纳米ZnO会诱导Ⅰ型、Ⅱ型微核、核芽和核质桥的产生以及DNA损伤,而微米ZnO仅在高剂量时会诱导DNA损伤。 展开更多
关键词 纳米氧化锌 微米氧化锌 彗星实验 微核 核质桥 核芽
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基于微更新理念的桥下空间改造——以杭州之江大桥桥下空间为例
6
作者 马聃 苏航 《浙江建筑》 2024年第5期38-42,共5页
城市高架桥作为市区交通的有机组成部分,由于其立体的道路模式衍生了一系列未被城市充分利用的桥下空间,造成城市资源浪费。针对桥下空间在改造更新中面临的问题,引入城市微更新理念,探索小尺度、渐进式、多方联动参与的微更新模式在桥... 城市高架桥作为市区交通的有机组成部分,由于其立体的道路模式衍生了一系列未被城市充分利用的桥下空间,造成城市资源浪费。针对桥下空间在改造更新中面临的问题,引入城市微更新理念,探索小尺度、渐进式、多方联动参与的微更新模式在桥下空间优化中的应用,提出桥下空间微更新应重视的三个方面,即整合内外交通,明确场所定位,增加空间辨识度。并以杭州之江大桥西岸桥下空间为例,系统化地阐述改造策略和更新方法。 展开更多
关键词 城市高架桥 桥下空间 微更新 之江大桥
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MEMS微发火器件研究现状 被引量:4
7
作者 陈晓勇 董帅 熊继军 《微纳电子技术》 北大核心 2016年第6期381-386,393,共7页
首先分析了国内外关于微电子机械系统(MEMS)微发火器件的研究报道;接着从与MEMS微加工工艺兼容性、发火输出、安全性等角度对比了装药型微发火器件、爆炸箔基微发火器件、多孔硅基微发火器件、含能金属薄膜基微发火器件和半导体桥基微... 首先分析了国内外关于微电子机械系统(MEMS)微发火器件的研究报道;接着从与MEMS微加工工艺兼容性、发火输出、安全性等角度对比了装药型微发火器件、爆炸箔基微发火器件、多孔硅基微发火器件、含能金属薄膜基微发火器件和半导体桥基微发火器件的特点、研究现状和前沿方向,发现含能金属基和半导体桥基微发火器件两者前景最好,其中含能金属基微发火器件因具有发火输出大、与MEMS工艺兼容性好的优点受到广泛关注,而半导体桥基微发火器件因换能传热效率高、微加工兼容性高受到认可;最后指出改善微发火器件换能传热效率、降低器件无用能量散失和提高发火器件所加载的含能材料能量密度是微发火器件研究的主要方面。 展开更多
关键词 微电子机械系统(MEMS) 微发火器件 爆炸箔 多孔硅 含能金属 半导体点火桥
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一种新型微机电系统法布里-珀罗滤波器的设计与分析 被引量:4
8
作者 张建飞 庄须叶 +2 位作者 汪为民 陶逢刚 姚军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期160-166,共7页
基于微机电系统(MEMS)技术,提出了一种光栅与法布里-珀罗(F-P)腔相结合的新型MEMS F-P滤波器结构,这种滤波器既能保证较宽的自由光谱范围又能够获得较窄的半峰全宽。从实现机理、参数设计和选择对F-P滤波器的结构进行了深入分析,并着重... 基于微机电系统(MEMS)技术,提出了一种光栅与法布里-珀罗(F-P)腔相结合的新型MEMS F-P滤波器结构,这种滤波器既能保证较宽的自由光谱范围又能够获得较窄的半峰全宽。从实现机理、参数设计和选择对F-P滤波器的结构进行了深入分析,并着重对微桥桥面的机电性能进行了仿真计算。通过选择不同的微桥桥面厚度(0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1μm),比较微桥在静电力作用下的平整度,发现当微桥表面厚度为1μm时,得到了一个较优结果,在5V电压下,上反射镜的倾斜位移ΔL为9.11nm,最大腔长变化量为242nm,这样能保持前后腔面反射光的平行要求,从而保证滤波器的滤波效率和对选择光的利用率。该滤波器能够解决传统微型滤波器自由光谱范围与半峰全宽相互限制的矛盾,提高微型滤波器的性能。 展开更多
关键词 光学器件 微机电系统 滤波器 光栅 可调谐法布里-珀罗腔 微桥
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嵌入式EPA安全网桥的设计 被引量:2
9
作者 向敏 徐洋 +2 位作者 程安宇 崔屏 杨震斌 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期289-294,共6页
根据EPA控制网络系统安全的要求,提出了一种跨越OSI模型多层安全机制的嵌入式EPA网桥设计方案。首先给出了嵌入式EPA网桥的工作原理及其功能结构,并结合EPA协议和嵌入式操作系统的多任务调度机制,提出了采用各微网段信息传输的逻辑隔离... 根据EPA控制网络系统安全的要求,提出了一种跨越OSI模型多层安全机制的嵌入式EPA网桥设计方案。首先给出了嵌入式EPA网桥的工作原理及其功能结构,并结合EPA协议和嵌入式操作系统的多任务调度机制,提出了采用各微网段信息传输的逻辑隔离方法来实现EPA现场信息传输的安全性;最后给出一种嵌入式EPA安全网桥的硬件实施方案和网桥端口报文收发及基于安全机制报文信息处理的软件流程。测试结果表明,EPA安全网桥能够有效地保障现场设备层的报文转发和网络信息安全,并具有较低的报文转发延迟。 展开更多
关键词 EPA 安全机制 微网段 信息隔离 安全网桥
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石灰石粉作为矿物掺合料在桥梁工程中的应用 被引量:4
10
作者 田晓霞 董瑞 《混凝土》 CAS CSCD 北大核心 2013年第10期148-150,共3页
主要研究石灰石粉作为矿物掺合料的混凝土在桥梁工程中的应用情况,采用400目的石灰石粉制备C40高性能混凝土中,对该混凝土工作性能和强度试验研究。
关键词 石灰石粉 矿物掺合料 微集料 桥梁工程
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五位分布式MEMS传输线移相器的优化设计 被引量:3
11
作者 高杨 贾小慧 +1 位作者 秦燃 官承秋 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2011年第10期655-659,共5页
通过在共面波导传输线上周期性地加载分布电容,外加驱动电压改变电容值,实现分布式MEMS传输线移相器。从三个方面优化了五位分布式MEMS传输线移相器的设计:一是分别设计了11.25°和22.5°两种微桥,单元在Ka波段的插入损耗均大于... 通过在共面波导传输线上周期性地加载分布电容,外加驱动电压改变电容值,实现分布式MEMS传输线移相器。从三个方面优化了五位分布式MEMS传输线移相器的设计:一是分别设计了11.25°和22.5°两种微桥,单元在Ka波段的插入损耗均大于-0.8 dB,回波损耗均小于-15 dB,相移精度小于0.4°,新的五位移相器以2种单元、19个微桥的结构替代了传统单一单元、31个微桥的结构,可减少微桥的总数;二是CPW传输线采用折叠布局,通过共用部分地线,移相器平面尺寸减小至1.81 mm×3.84 mm,相比传统五位分布式移相器,面积减小了56%,实现了器件的小型化;三是设计了一种新型的直流偏置结构,结构简单、工艺容易实现。 展开更多
关键词 射频微电子机械系统(RF MEMS) 移相器 传输线 微开关 微桥
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非晶硅微测辐射热计热学和光学分析 被引量:2
12
作者 李世彬 吴志明 +2 位作者 蒋亚东 李伟 廖乃镘 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05A期1721-1724,共4页
通过理论计算得到了桥腿长度和宽度与热导和桥面温升之间的线性关系,辐射功率和桥面温升之间的线性关系,并利用ANSYS软件对线性关系进行模拟验证.根据光学导纳矩阵法,利用Mat Lab软件模拟微测辐射热计对红外线的吸收率,结果表明微... 通过理论计算得到了桥腿长度和宽度与热导和桥面温升之间的线性关系,辐射功率和桥面温升之间的线性关系,并利用ANSYS软件对线性关系进行模拟验证.根据光学导纳矩阵法,利用Mat Lab软件模拟微测辐射热计对红外线的吸收率,结果表明微测辐射热计对8~13μm波段红外有很好的吸收率.分析结果为微测辐射热计的研制提供了可靠依据. 展开更多
关键词 微测辐射热计 非晶硅 微桥 有限元
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微起爆器静电响应特性 被引量:2
13
作者 解瑞珍 刘兰 +3 位作者 李瑞 任小明 刘卫 余可馨 《火工品》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期18-22,共5页
为明确基于MEMS工艺的微起爆器静电响应特性,按照GJB 5309.14-2004火工品试验方法第14部分:静电放电试验的要求,对不同静电放电条件下的微起爆器感应电流、阻值变化、桥区损伤、发火感度进行了测试与表征。结果显示:对于50%静电发火电压... 为明确基于MEMS工艺的微起爆器静电响应特性,按照GJB 5309.14-2004火工品试验方法第14部分:静电放电试验的要求,对不同静电放电条件下的微起爆器感应电流、阻值变化、桥区损伤、发火感度进行了测试与表征。结果显示:对于50%静电发火电压为21.91 kV的微起爆器,静电电压小于17.5k V时,微起爆器电阻值基本保持不变,桥区显微镜照片显示无损伤;20.0,22.5 kV静电放电后,微起爆器换能元桥区出现了分层或断裂,27.5,30.0 kV静电放电后,微起爆器换能元桥区表面出现了条纹鼓起或明显烧蚀;静电加载后微起爆器桥区损伤不同,50%发火电压的变化也不同;桥区未出现损伤,发火感度未出现显著变化。本研究为揭示微起爆器静电环境失效机理以及加固设计提供了基础数据支撑。 展开更多
关键词 火工品 微起爆器 静电感度 换能元 发火感度
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RPC微型桩动力响应特性振动台试验研究 被引量:2
14
作者 林上顺 陈国栋 +2 位作者 庄一舟 黄福云 徐亮 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期36-42,共7页
为研究桩、土相关参数对微型桩基动力响应的影响,进行了RPC微型桩基动力响应振动台试验。分析了微型桩在动力荷载激励下桩土体系的加速度时程、应变时程反应以及单桩桩身弯矩、变形的分布情况。通过对白噪声作用下的频谱分析图进行分析... 为研究桩、土相关参数对微型桩基动力响应的影响,进行了RPC微型桩基动力响应振动台试验。分析了微型桩在动力荷载激励下桩土体系的加速度时程、应变时程反应以及单桩桩身弯矩、变形的分布情况。通过对白噪声作用下的频谱分析图进行分析,发现RPC微型桩在5 Hz和16 Hz附近存在固有频率;在多次白噪声作用下,砂土的密实程度有所增加,微型桩的固有频率也有所增大。通过对加速度响应图进行分析,发现人工波作用下的加速度放大效果最显著,其次为EI-Centro波,最小为Kobe波,这是因为人工波的作用频率最接近微型桩的固有频率;在4 Hz频率、0. 15g幅值的正弦波作用下,微型桩的最大应变分布约为4倍桩径的埋深位置;在不同频率正弦波作用下,微型桩的最大弯矩值均出现在埋深0. 6 m位置;在3种地震波作用下,人工波作用下的桩身弯矩和变形反应最大,EICentro波作用次之,Kobe波最弱,这是由于人工波的频率成份较为丰富,正弦波所含频率单一,而地震波所含频率丰富,这使得地震波作用下的反向变形更为明显。 展开更多
关键词 桥梁工程 微型桩 振动台试验 桩土相互作用 无缝桥
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New Approach of Multi-Cell Stacked Cell Inverter for Solar Photovoltaic System
15
作者 François Yonga Colince Welba +1 位作者 Abdouramani Dadjé Noël Djongyang 《Journal of Power and Energy Engineering》 2023年第1期1-17,共17页
In this paper, a new inverter topology dedicated to isolated or grid-connected PV systems is proposed. This inverter is based on the structures of a stacked multi-cell converter (SMC) and an H-bridge. This new topolog... In this paper, a new inverter topology dedicated to isolated or grid-connected PV systems is proposed. This inverter is based on the structures of a stacked multi-cell converter (SMC) and an H-bridge. This new topology has allowed the voltage stresses of the converter to be distributed among several switching cells. Secondly, divide the input voltage into several fractions to reduce the number of power semiconductors to be switched. In this contribution, the general topology of this micro-inverter has been described and the simulation tests developed to validate its operation have been presented. Finally, we discussed the simulation results, the efficiency of this topology and the feasibility of its use in a grid-connected photovoltaic production system. 展开更多
关键词 Photovoltaic System micro-INVERTER Stacked Multi-Cell Converter (SMC) H-bridge Pulse Width Modulation (PWM)
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一种用于RF MEMS移相器及开关可变电容的复合微桥膜结构 被引量:2
16
作者 缪旻 肖志勇 +2 位作者 武国英 金玉丰 郝一龙 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期371-374,共4页
提出了一种基于微机械工艺的新型复合微桥膜结构 ,由低应力SiN/SiO2 (0 .5 μm/5 0nm )及Cr/Au(30nm/1μm)构成。相应的工艺流程较为简单。对影响其特性的因素进行了理论分析 ,并提出了 3种桥膜的平面结构 ;利用静电 /力耦合有限元法分... 提出了一种基于微机械工艺的新型复合微桥膜结构 ,由低应力SiN/SiO2 (0 .5 μm/5 0nm )及Cr/Au(30nm/1μm)构成。相应的工艺流程较为简单。对影响其特性的因素进行了理论分析 ,并提出了 3种桥膜的平面结构 ;利用静电 /力耦合有限元法分析了各种结构的静电驱动特性以及各阶模态 ,结果得到了令人满意的驱动和机械性能 ;通过有限元高频仿真软件对桥膜结构与共面波导形成的可调电容结构进行了分析 ,结果表明其具有良好的射频 /微波性能。该桥膜结构适用于RFMEMS开关。 展开更多
关键词 微电子机械系统 射频MEMS 移相器 开关 可变电容 复合微桥膜 微桥结构
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电阻阵列红外景物产生器微桥结构的研制及仿真 被引量:2
17
作者 周顺 刘卫国 +2 位作者 蔡长龙 刘欢 秦文罡 《西安工业大学学报》 CAS 2012年第8期613-616,共4页
为了进一步提高电阻阵列红外景物产生器的性能,设计并制作了该器件的微桥结构.利用SiOx与TiWN分别作为微桥结构的介电材料与电阻材料;利用表面工艺技术制作160×120阵列微桥结构;并对微桥结构进行了热学性能的仿真分析.研究结果表明... 为了进一步提高电阻阵列红外景物产生器的性能,设计并制作了该器件的微桥结构.利用SiOx与TiWN分别作为微桥结构的介电材料与电阻材料;利用表面工艺技术制作160×120阵列微桥结构;并对微桥结构进行了热学性能的仿真分析.研究结果表明:所设计的工艺流程可行,成功制作了微桥结构阵列;制作的微桥桥面具有良好的温度分布均匀性;在相同电功率下,采用低热导率的SiOx薄膜取代SiNx薄膜能够显著提高桥面温度. 展开更多
关键词 红外景物产生器 微桥 微加工技术 SIOX TiWN
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纳米级变间隙半球电容计算及其测量电路研究 被引量:2
18
作者 吴秋平 高钟毓 +1 位作者 王永梁 贺晓霞 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期42-47,共6页
为了实现高精度球形转子的平衡测量,讨论半球电极支承下静电悬浮装置的变间隙电容的计算公式和纳米级电容精密测量问题。基于半球支承下的转子位移测量原理,分析转子与电极间电容和间隙的关系,给出高精度转子位移测量方案。测试结果表明... 为了实现高精度球形转子的平衡测量,讨论半球电极支承下静电悬浮装置的变间隙电容的计算公式和纳米级电容精密测量问题。基于半球支承下的转子位移测量原理,分析转子与电极间电容和间隙的关系,给出高精度转子位移测量方案。测试结果表明,电路性能与理论分析结果吻合较好,转子位移测量电路的位移分辨率优于0.2nm、5h零位漂移小于0.01μm、通频带大于20kHz,可以满足高精度球形转子平衡测量的要求。 展开更多
关键词 静电平衡 微位移 电容电桥 间隙电容
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测辐射热计微桥结构的形变分析 被引量:2
19
作者 张一中 吴志明 +2 位作者 许向东 周影 蒋亚东 《红外技术》 CSCD 北大核心 2008年第9期516-519,523,共5页
采用微加工技术制作测辐射热计阵列时,部分微桥可能发生结构变形,使阵列的性能下降甚至无法正常工作。采用有限元分析方法,对在热膨胀和薄膜应力影响下的I型和L型两种微桥的变形进行了仿真分析,揭示了热膨胀和薄膜应力分别对微桥形变的... 采用微加工技术制作测辐射热计阵列时,部分微桥可能发生结构变形,使阵列的性能下降甚至无法正常工作。采用有限元分析方法,对在热膨胀和薄膜应力影响下的I型和L型两种微桥的变形进行了仿真分析,揭示了热膨胀和薄膜应力分别对微桥形变的影响。 展开更多
关键词 微桥结构 结构形变 热膨胀 薄膜应力 有限元分析
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Transient thermal response of micro-thermal conductivity detector (μTCD) for the identification of gas mixtures:An ultra-fast and low power method 被引量:1
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作者 Alireza Mahdavifar Milad Navaei +3 位作者 Peter J.Hesketh Melvin Findlay Joseph R.Stetter Gary W.Hunter 《Microsystems & Nanoengineering》 EI 2015年第1期52-58,共7页
Micro-thermal conductivity detector(μTCD)gas sensors work by detecting changes in the thermal conductivity of the surrounding medium and are used as detectors in many applications such as gas chromatography systems.C... Micro-thermal conductivity detector(μTCD)gas sensors work by detecting changes in the thermal conductivity of the surrounding medium and are used as detectors in many applications such as gas chromatography systems.Conventional TCDs use steady-state resistance(i.e.,temperature)measurements of a micro-heater.In this work,we developed a new measurement method and hardware configuration based on the processing of the transient response of a low thermal mass TCD to an electric current step.The method was implemented for a 100-μm-long and 1-μm-thick micro-fabricated bridge that consisted of doped polysilicon conductive film passivated with a 200-nm silicon nitride layer.Transient resistance variations of theμTCD in response to a square current pulse were studied in multiple mixtures of dilute gases in nitrogen.Simulations and experimental results are presented and compared for the time resolved and steady-state regime of the sensor response.Thermal analysis and simulation show that the sensor response is exponential in the transient state,that the time constant of this exponential variation was a linear function of the thermal conductivity of the gas ambient,and that the sensor was able to quantify the mixture composition.The level of detection in nitrogen was estimated to be from 25 ppm for helium to 178 ppm for carbon dioxide.With this novel approach,the sensor requires approximately 3.6 nJ for a single measurement and needs only 300μs of sampling time.This is less than the energy and time required for steady-state DC measurements. 展开更多
关键词 gas sensor MEMS micro-bridge micro-HEATER μTCD thermal conductivity sensor transient heat transfer modeling
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