山西省青年科技研究基金(2012021013-3) 作品数:12 被引量:25 H指数:3 相关作者: 张文栋 张国军 刘梦然 简泽明 郭楠 更多>> 相关机构: 中北大学 中国运载火箭技术研究院 更多>> 发文基金: 山西省青年科技研究基金 国家自然科学基金 国家高技术研究发展计划 更多>> 相关领域: 自动化与计算机技术 机械工程 一般工业技术 石油与天然气工程 更多>>
MEMS矢量传感器用于管道地面标记的一种新方案研究 2013年 基于声检测原理的地面标记已成为当今管道技术的发展趋势,针对目前管道地面标记难和精度低的问题,提出了一种高灵敏度、具有良好的低频性能和较低功耗的MEMS矢量传感器。针对该矢量传感器在地面标记时存在的左右弦模糊的问题,提出了一种新的研究方案,通过理论分析和实验验证得出该方案的正确性。通过实验得出:定向角度平均误差在5°以内,满足工程需要。 刘宏 刘梦然 张国军 简泽明 宋小鹏 张文栋基于丁腈橡胶帽封装的MEMS仿生水听器的设计 被引量:4 2014年 针对现有封装结构会对灵敏度造成一定程度的损失,使现有水听器的灵敏度小于水听器芯片裸测灵敏度的问题,改用了透声性能好、耐腐蚀的丁腈橡胶(NBR)制作的透声帽,并对现有的矢量水听器的封装外壳进行相应的优化设计。该封装结构的水听器的共振频率降低到50 Hz以下,水听器所感兴趣的频段(50 Hz^4 kHz)不会受到封装谐振的干扰,拓宽了水听器的工作频段。该封装的灵敏度提高到几乎与裸片的灵敏度一致,达到(-170±2)dB,并优化金属管壳的圆盘的尺寸,即水听器最大径,由36 mm缩小至28 mm,使水听器的封装进一步小型化。 刘梦然 简泽明 张国军 张文栋关键词:小型化 单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器的研究 被引量:3 2015年 针对当前对MEMS矢量水听器高可靠性迫切要求,设计了2×2单片集成四元阵列式MEMS矢量水听器,以保证其中一个敏感微结构失效损坏或工作不正常时,水听器仍能正常工作。结合ANSYS软件对阵列敏感微结构进行了仿真分析;设计了该微结构的加工工艺流程;最后,对阵列式MEMS矢量水听器进行水声校准测试。测试结果表明:阵列式水听器可靠性明显提高,灵敏度达到-179 d B(0 d B=1V/μPa),具有良好的"8"字指向性。 简泽明 陈尚 张国军 刘梦然 许娇 张文栋关键词:可靠性 灵敏度 指向性 管道内检测器声定位技术研究 被引量:7 2014年 根据当前对管道检测系统的需求,基于声学原理的管道地面标记技术已成为现今研究的热点与难点。创新地提出将一种高灵敏度、高信噪比的MEMS仿生声矢量传感器应用于管道内检测器的地面标记中。首先介绍了管道内检测器在管道中的发声机理和声音信号特征。由于声波的吸收系数与频率的平方成正比,所以在低频时,声波衰减小,传播更完整。针对单个声矢量传感器,经过仿真分析,单声矢量传感器具有良好的定向能力。最后,进行现场实验,绘制出定向角度表,验证了MEMS声矢量传感器应用于管道内检测器地面标记的可行性。 刘梦然 张国军 简泽明 刘宏 张文栋关键词:MEMS传感器 声信号 声衰减 波束形成 MEMS仿生矢量水听器的微结构优化设计 被引量:2 2014年 压阻式的MEMS仿生矢量水听器的固有频率和灵敏度之间是相互制约的,即随微结构的各个尺寸(悬臂梁的长、宽、高及中心连接体的边长)的变化,二者呈现相反的趋势。通过理论分析和推导,得出每个尺寸对水听器固有频率和灵敏度的影响程度不一致,可以合理地设计微结构的各个尺寸(最优解),使矢量水听器在具有相同固有频率条件下得到最大灵敏度。根据常用的微结构,通过Matlab软件计算出了微结构的一组最优解。通过ANSYS软件仿真验证,与常用的微结构相比,该微结构固有频率下降了7%,而灵敏度提高了1倍。最后,测试结果表明:两组尺寸的水听器频带范围为20~1000Hz,并且尺寸优化后的水听器比优化前的灵敏度平均高5dB。 简泽明 张国军 刘梦然 张文栋关键词:固有频率 频带 ANSYS 最优解 阵列式MEMS矢量水听器的信息采集系统设计 2014年 设计了一种应用于阵列式MEMS矢量水听器的水下信息采集系统,用于采集水声信号和水听器姿态信息;采集信息经编码后通过RS422接口输出。设计了一种低噪声前置放大电路来对模拟信号进行调理;对于时统信号和姿态信号,采用抽样判决进行消抖,保证了信号接收的准确性。将采集系统与水听器封装一体后进行了测试,结果表明,系统工作稳定,可准确采集水听器的水下信息。 申辉 张国军 郭靖 张文栋关键词:数据采集 信号调理 阵列式 MEMS 矢量水听器 一种用于管道地面标记的阵列式MEMS矢量声传感器仿真研究 被引量:1 2014年 针对目前对管道内检测器标记难和测量精度差的现状,提出了一种新型单片集成阵列式矢量声传感器。克服了现有矢量声传感器在油气管道内检测器方位估计中判断信号方位的不足,消除了左右舷模糊的问题。通过用ANSYS软件对阵列式矢量声传感器结构进行仿真,得出该阵列式矢量声传感器的灵敏度为2.05 mV/Pa,一阶模态为438 Hz,固有频率为438 Hz。最后根据分析得出阵列式矢量声传感器在管道内检测器方位估计中的定位角度公式。 刘梦然 张国军 简泽明 刘宏 宋小鹏 张文栋关键词:ANSYS仿真 MEMS电子听诊器微结构设计与验证 被引量:8 2016年 根据国内医疗应用市场对电子听诊器的需求,结合压阻原理与MEMS加工技术设计了一种具有体积小、灵敏度高等优点的MEMS电子听诊器。该听诊器可通过内部MEMS微结构接收心音并完成声电换能,所产生的电信号可方便地由后端电路进行采集与存储。首先建立微结构的力学模型,根据应用需求设计微结构的尺寸参数;其次通过有限元软件进行仿真验证;最后加工制作出听诊器样机并进行测试。测试结果表明该种MEMS听诊器可有效获取心音信号并将其转化为电信号。将MEMS压阻式传感器应用于临床听诊为心音采集提出了一种新思路,具有广泛的应用前景。 王续博 张国军 郭楠 刘梦然 郭静 刘源 张文栋关键词:心音 电子听诊器 微结构 组合式MEMS三维矢量水声传感器 被引量:1 2015年 针对小体积水下装置平台对声目标空间定位的高精度需求,在单个二维硅微MEMS仿生矢量水声传感器的基础上,提出一种组合式MEMS三维矢量水声传感器,解决当前二维矢量水声传感器不能实现对声目标进行空间定向的难题。该组合式MEMS三维矢量水声传感器包括由正交方向上两个四梁-柱体组成的二维水平检测单元。首先理论分析提出的组合式MEMS三维矢量水声传感器的空间定向原理,然后采用标准硅微加工工艺制作组合式MEMS三维矢量水声传感器样机。利用回转装置对加工出的组合式MEMS三维矢量水声传感器样机进行性能测试。测试结果表明,该组合式MEMS三维水声传感器在空间三个方向均具有良好的"8"字形指向性,可以实现对声目标的三维探测。 郭楠 张国军 刘梦然 简泽明 张文栋关键词:矢量水声传感器 指向性 基于MEMS矢量水听器阵列的潜标系统 2014年 为研究MEMS矢量水听器在潜标中的应用,设计了一种可搭载其矢量阵列的潜标系统。系统阵列由4个矢量水听器组成,其姿态信息通过三维姿态传感器实时给出。矢量水听器的输出信号经前置放大电路预处理后传输至数据记录器,经采样后和姿态信息一起存储在Flash Memory中。对系统进行了海上试验,试验结果表明:潜标系统在水下工作稳定,可正确记录海洋中的水声信号。 申辉 张国军 赵鹏 薛南 张文栋关键词:MEMS 潜标 数据存储