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基于激光法的圆箔式热流传感器动态特性研究

测试技术学报 2024年第4期38卷 420-426页

作者：成龙董和磊汤丽中北大学半导体与物理学院山西太原030051 中北大学动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中国航天科工二院二十五所北京100076

为使圆箔式热通量传感器满足不断发展的高超声速风洞等极端环境中动态热通量监测需求,采用了大功率半导体激光器作为热通量源,搭建了热流动态标定平台,并对系统产生的激光束能量进行了测量分析,确保了后续实验的科学性与合理性。系统产... 详细信息

为使圆箔式热通量传感器满足不断发展的高超声速风洞等极端环境中动态热通量监测需求,采用了大功率半导体激光器作为热通量源,搭建了热流动态标定平台,并对系统产生的激光束能量进行了测量分析,确保了后续实验的科学性与合理性。系统产生热流密度达每平方米兆瓦级别,脉冲激励宽度为毫秒级别。通过动态响应实验,研究了戈登计动态响应时间与激励激光参数的关系。结果表明,在一定范围内,时间常数与激光功率、脉冲宽度为负相关关系。当激光脉冲宽度小于传感器时间常数一个数量级附近时,可以被视为理想脉冲激励。同时还得到了激光参数与产生热通量的线性关系,证明了采用激光法进行测试标定的可行性。

关键词：热流传感器热通量时间常数激光功率激光脉冲宽度

高精度NiCr/NiSi薄膜热电偶高温测试系统

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仪表技术与传感器 2024年第2期 1-5,10页

作者：阮勇肖倩韩玉宁刘海龙李嘉恒吴宇石萌董和磊清华大学精密仪器系北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院启元实验室淄博高新技术产业开发区MEMS研究院中北大学半导体与物理学院

针对航空发动机涡轮叶片和燃烧室内壁等高温恶劣环境下对温度测量的迫切需求,提出了一种基于薄膜热电偶的高精度测温方法。采用磁控溅射法在SiC衬底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶。完成了薄膜热电偶的设计与制备,并设计了一套高精度温度... 详细信息

针对航空发动机涡轮叶片和燃烧室内壁等高温恶劣环境下对温度测量的迫切需求,提出了一种基于薄膜热电偶的高精度测温方法。采用磁控溅射法在SiC衬底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶。完成了薄膜热电偶的设计与制备,并设计了一套高精度温度数据采集系统,主控芯片采用STM32,数据采集芯片采用16位高精度芯片ADS1118,实现了对高温恶劣环境下温度数据的实时采集。结果表明:设计制备的NiCr/NiSi薄膜热电偶能够实现-40~1000℃温度区间稳定测温,高精度测温系统与标准温度测量系统相比误差优于±0.4%,为高温恶劣环境下温度测量提供了有效且可靠的解决方法。

关键词：高温高精度薄膜热电偶测温电路

复合钙钛矿微波介质陶瓷的微观结构表征与分析

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复合钙钛矿微波介质陶瓷的微观结构表征与分析

作者：董和磊山东师范大学

学位级别：硕士

微波介质陶瓷因其具有优异的介电性能：高介电常数（γ）、高品质因数（Q）、低谐振频率温度系数（τ_f），而在现代通信中被广泛用作谐振器、滤波器、介质电容器、介质基片、介质天线、介质波导回路等。是移动通讯、卫星通讯及GPS技术... 详细信息

微波介质陶瓷因其具有优异的介电性能：高介电常数（γ）、高品质因数（Q）、低谐振频率温度系数（τ_f），而在现代通信中被广泛用作谐振器、滤波器、介质电容器、介质基片、介质天线、介质波导回路等。是移动通讯、卫星通讯及GPS技术中的关键新材料，在很大程度上决定了微波通讯器件与系统的尺寸与性能极限。A(B'B")O（A为Ba或Sr, B'为Mg、Co、Zn或Ni, B"为Nb或Ta）复合钙钛矿微波介质陶瓷材料具有很高的Q值，在一定的微波频率下，材料的Qf值基本保持不变，常应用于高频、低损耗领域，也是近年来国际上对电介质材料研究的一个热点。本文采用固相反应法制备了Ba[(ZnMg)Nb]O （BZMN, x = 0.0, 0.2, 0.4,0.6, 0.8, 1.0），(BaSr)[(ZnMg)Nb]O （BSZMN）（x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8,1.0）与(BaSr)(ZnNb)O （BSZN）（x = 0, 0.5, 0.65, 0.7, 1.0）微波介质陶瓷。通过振动光谱（拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱）与X射线衍射（XRD）分析了陶瓷晶体结构随着A位Sr以及B'位Mg取代的变化与振动模式之间的关系。结果表明：1．在BZMN陶瓷中，x≥0.6的样品出现1:2有序结构，其中Ba[(ZnMg)Nb]O陶瓷晶胞因氧八面体畸变而向单斜相扭曲。拉曼光谱的模式特征的变化(模式强度增加，x=0.6的样品中，300 cm附近出现一个新的模式且与1:2有序结构有关的A1（Nb）模式发生突然地蓝移)表明BZMN陶瓷的晶体结构随着Mg含量的增加发生了改变，即结构产生相转变，有序度增加。在300和500 cm附近的红外模式与该体系的1:2有序结构有关。2．在BSZMN陶瓷中，随着Zn含量的增加，系统发生相转变，x≤0.4时晶胞显示出六方相特征;x≥0.6时陶瓷的晶胞结构逐渐发生改变(低角度区域超晶格衍射峰消失,高角度（420）峰的分裂), x≥0.8时赝立方相出现;然而,x=0.6的样品仍表现出六角晶胞的特征(六角衍射峰（111）与（200）在x=0.6的样品仍然存在),表明其处于过渡相。额外拉曼模式出现表明, x <0.6的BSZMN陶瓷为单斜结构,随Zn的增加,逐渐转形成赝立方相;E（O）拉曼活性模式的消失是由晶体由单斜相向赝立方相转变引起的,氧八面体畸变是相转变的根本原因。相转变过程同时也被红外光谱分析所证实。3.在BSZN陶瓷中,随着Sr含量的增加,系统发生有序-无序相转变,由立方相（ Pm3 m,x=0）逐渐转变为赝立方相（I4/mcm, 0 .65≤x <1）最后形成六方相（ P3m1,x =1）。在x≥0.65的样品中250 cm波数附近新的拉曼模式以及156 cm波数附近新的红外模式的出现表明随Sr含量的增加BSZN陶瓷发生氧八面体的畸变。通过对BSZN陶瓷声子模式参数与介电性能的比照我们发现:拉曼位移与介电常数呈现相反的变化趋势。通过对以上三个体系振动光谱研究表明,相对于振动离子的半径、质量以及容忍因子等因素的影响,声子模式对晶体结构变化的更加敏感。

关键词：复合钙钛矿微波介质陶瓷拉曼光谱傅里叶变换红外光谱晶体结构声子模式

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双层结构的无线无源柔性压力传感器设计

传感技术学报 2020年第8期33卷 1079-1084页

作者：娄文涛杨林于仕辉董和磊天津大学微电子学院天津300072 中北大学仪器与电子学院山西太原523808

本文设计了一种双层结构的基于平面螺旋电感与叉指电容并联结构的LC谐振式无线无源柔性压力传感器。该传感器利用平面LC谐振回路的谐振频率随着外界应力的变化而改变的特性,采用电磁耦合的方式来实现对外部压力的无线测量。通过高频电... 详细信息

本文设计了一种双层结构的基于平面螺旋电感与叉指电容并联结构的LC谐振式无线无源柔性压力传感器。该传感器利用平面LC谐振回路的谐振频率随着外界应力的变化而改变的特性,采用电磁耦合的方式来实现对外部压力的无线测量。通过高频电磁仿真软件HFSS的建模与仿真,表明:该双层结构的传感器具有良好的压力测量特性,其有效测量距离达到了35 mm,高于单层结构的测量距离(25 mm),且可恢复性和重复性能良好,在电子皮肤和智能穿戴领域有着广阔的应用前景。

关键词：无线无源传感器压力测量 LC谐振回路柔性测量距离

基于WLA优化混合核LSSVM的网络入侵检测模型

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中北大学学报（自然科学版） 2023年第3期44卷 229-237页

作者：张茹赵利辉董和磊中北大学软件学院山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

针对网络数据维度高、分布差异较大等引起的网络入侵检测时间开销大,精度低、泛化性差的问题,提出混合入侵检测模型(Hybrid intrusion detection model,简称HIDM)。首先通过对比检测效果选择互信息理论作为HIDM模型的特征选择模块,用来... 详细信息

针对网络数据维度高、分布差异较大等引起的网络入侵检测时间开销大,精度低、泛化性差的问题,提出混合入侵检测模型(Hybrid intrusion detection model,简称HIDM)。首先通过对比检测效果选择互信息理论作为HIDM模型的特征选择模块,用来实现特征降维和节省开销;接着利用非线性递减因子、自适应权值策略结合鲸鱼优化算法提出鲸鱼提升算法(Whale Lifting Algorithm,简称WLA),最后利用WLA优化混合核最小二乘支持向量机的参数构建了HIDM模型,有效检测网络入侵。基于NSL-KDD数据集的仿真结果表明HIDM模型针对网络攻击的检测率、准确率和误报率分别达到了99.63%,99.4%和0.86%;同部分已有研究相比检测率有所提升;同时利用CICIDS2018数据集验证了HIDM模型的泛化性。

关键词：入侵检测互信息理论混合核最小二乘支持向量机鲸鱼提升算法

基于硅酸镓镧的声表面波高温压力器件的微结构加工制造技术研究

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机械工程学报 2021年第8期57卷 81-89页

作者：梁晓瑞徐芳萌薛涛谭秋林董和磊熊继军中北大学电子测试技术国防重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

采用硅酸镓镧(Langasite,LGS)压电材料制备声表面波(Surface acoustic wave,SAW)高温压力传感器可解决高温、高压等恶劣环境下温度、压力等参数的实时原位测试的问题,但由于硅酸镓镧是一种高硬度难加工的硬脆性压电材料,因此开展了硅酸... 详细信息

采用硅酸镓镧(Langasite,LGS)压电材料制备声表面波(Surface acoustic wave,SAW)高温压力传感器可解决高温、高压等恶劣环境下温度、压力等参数的实时原位测试的问题,但由于硅酸镓镧是一种高硬度难加工的硬脆性压电材料,因此开展了硅酸镓镧压电材料在高温等恶劣环境下的微结构加工制造技术的研究。通过分析LGS的化学与物理特性,利用湿法腐蚀工艺实现LGS的微纳成形制造和控制;以及利用高温热压直接键合工艺实现密封空腔的制造,研制出一套适用于LGS等硬脆性材料的微纳结构成形制造技术,并探究了微结构加工制造工艺的实用性。利用微结构加工制造技术实现的压力敏感微结构制备了基于LGS的SAW高温压力传感器样机并进行了测试,样机在25~1000℃、20~500k Pa环境下能稳定工作,验证了LGS微纳结构成形制造技术在高温等恶劣环境下应用的可行性。

关键词：硅酸镓镧声表面波湿法刻蚀热压键合高温压力

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微型谐振式天线的阻抗匹配设计与优化

中北大学学报（自然科学版） 2021年第4期42卷 349-354,360页

作者：李焕董和磊卫凯龙中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 华东光电集成器件研究所江苏苏州215163

ISM频段天线较大的体积及复杂的阻抗匹配机制使其嵌入与整合到微波系统时较为复杂,这限制了此类天线的发展.本文选用ISM频段的13.56MHz频率,采用便携式天线的设计理念,设计了一种微型谐振式天线,并运用了串联匹配电路与并联匹配电路,对7... 详细信息

ISM频段天线较大的体积及复杂的阻抗匹配机制使其嵌入与整合到微波系统时较为复杂,这限制了此类天线的发展.本文选用ISM频段的13.56MHz频率,采用便携式天线的设计理念,设计了一种微型谐振式天线,并运用了串联匹配电路与并联匹配电路,对72.6MHz,405kΩ的天线输入端口进行阻抗匹配操作,使其满足信号传输线阻抗为50Ω阻抗匹配的要求.利用HFSS和Smith Chart软件进行了仿真设计及优化,结果表明两种电路均能完成天线的输入端阻抗匹配,使其回波损耗均在-50dB以下.通过实验样品的加工与扫频信号测试,发现两种方案均能实现天线匹配要求,并且发现其也适用于螺旋天线,此方案避免了天线匹配时的大量计算,方便了后续的程序设计等工作.

关键词： ISM 串联匹配并联匹配微型天线谐振式线圈天线输入回波损耗阻抗匹配

双通道非分光红外CO_(2)气体传感器设计与测试

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中国激光 2023年第2期50卷 116-122页

作者：董和磊刘灿靳长明张磊张雅楠谭秋林中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学电子测试技术国防科技重点实验室山西太原030051

针对目前非分光红外(NDIR)CO_(2)传感器灵敏度差、量程小的问题,设计并实现了一种微型双通道NDIR CO_(2)气体传感器。该红外传感器主要由双通道热释电探测器、信号读出与处理电路、温度传感器与光路气室构成。建立了温度、CO_(2)浓度与... 详细信息

针对目前非分光红外(NDIR)CO_(2)传感器灵敏度差、量程小的问题,设计并实现了一种微型双通道NDIR CO_(2)气体传感器。该红外传感器主要由双通道热释电探测器、信号读出与处理电路、温度传感器与光路气室构成。建立了温度、CO_(2)浓度与探测器输出值之间的关系模型,实现了传感器的温度补偿功能。测试结果表明,所设计传感器能够实现在0~40℃温度范围内,0%~5%气体浓度的测量,且在0%~2%浓度下测量误差值小于0.1%,在2%~5%浓度下测量误差值小于0.25%。

关键词：传感器非分光红外气体传感器双通道热释电探测器浓度标定温度补偿

含铝固体推进剂多相燃烧产物物理化学特性参数研究综述

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推进技术 2023年第10期44卷 14-27页

作者：董和磊刘涛敖文吕翔项志强谭秋林熊继军中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 西北工业大学航天学院陕西西安710072

含铝固体推进剂在燃烧过程中会产生大量铝的氧化物和亚氧化物,了解燃烧产物的物理化学特性对发动机内的燃烧、流动等多物理过程的精细化研究及解决燃烧过程中的安全问题意义重大。本文针对铝和三氧化二铝的物理特性参数,铝和氧气、二氧... 详细信息

含铝固体推进剂在燃烧过程中会产生大量铝的氧化物和亚氧化物,了解燃烧产物的物理化学特性对发动机内的燃烧、流动等多物理过程的精细化研究及解决燃烧过程中的安全问题意义重大。本文针对铝和三氧化二铝的物理特性参数,铝和氧气、二氧化碳与水蒸汽的化学反应参数,AlO,Al2O2,Al2O,AlO2等铝的亚氧化物的比热容、生成焓,以及AlO同氧化性组分发生反应的反应热、活化能和指前因子等参数,综述国内外在不同温度下的实验测试和理论计算方法及结果,对发动机内多相燃烧产物的物理化学特性进行了综合研究。

关键词：固体火箭发动机固体推进剂多相燃烧产物物理化学特性参数综述