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异步测量系统的分布式序贯椭球相交融合估计

电光与控制 2024年第2期31卷 29-34页

作者：周书玉张鹏李孟委中北大学仪器与电子学院太原030000 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030000

针对具有测量缺失现象的多源异步测量系统的状态估计,提出一种基于条件Kalman滤波的分布式序贯椭球相交(DSEI)融合算法。对系统测量缺失现象通过一组服从伯努利分布的随机变量进行建模描述;同步化状态空间模块利用状态迭代方法将异步测... 详细信息

针对具有测量缺失现象的多源异步测量系统的状态估计,提出一种基于条件Kalman滤波的分布式序贯椭球相交(DSEI)融合算法。对系统测量缺失现象通过一组服从伯努利分布的随机变量进行建模描述;同步化状态空间模块利用状态迭代方法将异步测量系统在测量更新时刻进行同步;局部滤波模块采用条件Kalman滤波算法实现,保证滤波结果的完整性;融合估计模块在不考虑多传感器间相关性信息的前提下,设计DSEI融合算法对各个传感器提供的滤波结果进行融合。仿真实例验证了所提算法具有精度提高35%、迭代时间小于3 ms的优越性能。

关键词：多传感器系统异步采样椭球相交相关性未知

GaSe/ZnS异质结的结构和界面性质的第一性原理研究

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人工晶体学报 2024年第4期53卷 669-675页

作者：鲍爱达马永强郭鑫中北大学电子测试技术国家重点实验室太原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

本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了Ga... 详细信息

本文设计了一种GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构(vdWH),并用第一性原理计算系统地分析了该异质结构的几何、电子、输运性质。通过结合能、声子谱、从头算分子动力学(AIMD)模拟验证了所构建GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构的稳定性。详细计算了GaSe/ZnS vdWH界面性质中的平面平均电子密度差和平均静电势。结果表明,GaSe/ZnS vdWH是一种直接带隙为2.19 eV,载流子迁移率较高的异质结构。其中,沿x方向的电子迁移率可达1394.63 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),而沿y方向的电子迁移率可达1913.18 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),性能优异,有望应用于电子纳米器件。

关键词：第一性原理密度泛函理论 GaSe/ZnS范德瓦耳斯异质结构声子色散谱载流子迁移率

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针尖-样品距离对扫描微波显微成像的影响分析

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电子显微学报 2024年第3期43卷 303-308页

作者：薛一凡王采慧裴涛温焕飞中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

随着芯片制备工艺的不断完善,半导体集成电路朝着小型化、集成化的方向不断发展,给近场微波成像技术带来了新的挑战。本文建立了探针-样品三维电磁耦合模型,并利用有限元数值分析法研究了探针针尖与样品之间的电磁相互作用。在不同探针... 详细信息

随着芯片制备工艺的不断完善,半导体集成电路朝着小型化、集成化的方向不断发展,给近场微波成像技术带来了新的挑战。本文建立了探针-样品三维电磁耦合模型,并利用有限元数值分析法研究了探针针尖与样品之间的电磁相互作用。在不同探针-样品间距下,对硅基芯片表面结构进行扫描微波成像。成像结果与仿真结果相一致,随着针尖-样品间距的增加,扫描微波测试系统的灵敏度和分辨率降低。对于由原子力显微术结合微波测量技术发展而来的扫描微波显微镜的改进与产业化具有重大意义。

关键词：扫描微波显微镜有限元法电磁建模针尖-样品间距

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基于3D打印的高增益超材料龙伯透镜天线

微纳电子技术 2024年

作者：李炫静冯瑞谭秋林中北大学仪器与电子学院省部共建动态测试技术国家重点实验室中北大学仪器与电子学院微纳器件与系统教育部重点实验室

龙伯透镜天线由于可以满足不同应用场景而引起了广泛的研究兴趣。本文研制了一种满足高增益要求的超材料龙伯透镜天线。基于光学理论和有效介质理论,设计了各向同性的新型单元晶胞,通过调整单元晶胞中介质材料与球形空气腔的体积比,实... 详细信息

龙伯透镜天线由于可以满足不同应用场景而引起了广泛的研究兴趣。本文研制了一种满足高增益要求的超材料龙伯透镜天线。基于光学理论和有效介质理论,设计了各向同性的新型单元晶胞,通过调整单元晶胞中介质材料与球形空气腔的体积比,实现球壳的相对介电常数梯度渐变。为此,采用3D打印技术并结合结构变换方法,制作了半径为120 mm的球形龙伯透镜,基于单元晶胞的各向同性实现了透镜的全向均匀性。使用工作频率为6 GHz的贴片天线对透镜进行馈电,在测量中发射多个角度的指向波束以进行实验验证。实验表明,仿真和测试结果具有良好的一致性,证实所制作的龙伯透镜天线具有良好的波束聚焦能力,验证了方案的可行性。最终测得透镜天线的最大增益为25.1 d Bi,且制作成本低,有着广阔的应用前景。

关键词：超材料龙伯透镜 3D打印梯度折射率波束生成

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增材制造的多波束透镜-天线系统

微纳电子技术 2024年第7期61卷 48-53页

作者：李炫静冯瑞谭秋林中北大学仪器与电子学院微纳器件与系统教育部重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051

多波束微波天线因其在通信系统中的广泛应用而备受关注。提出了一种多波束透镜-天线系统,可同时满足宽带宽和宽扫描角度要求。透镜由增材制造的球形层构成,以实现折射率梯度变化。设计了不同工作频率的柔性贴片天线作为透镜的馈电端,柔... 详细信息

多波束微波天线因其在通信系统中的广泛应用而备受关注。提出了一种多波束透镜-天线系统,可同时满足宽带宽和宽扫描角度要求。透镜由增材制造的球形层构成,以实现折射率梯度变化。设计了不同工作频率的柔性贴片天线作为透镜的馈电端,柔性馈源与球形透镜表面可紧密贴合在一起,实现共焦平面。多频段馈源测试结果表明该透镜-天线系统可在2~10 GHz的带宽范围内工作。该透镜-天线系统在测试中发射指向-72°、-36°、0°、36°、72°的波束以进行验证,其在最大扫描角度附近增益损失小于3 dB,仿真结果和测试结果具有良好的一致性。研究结果表明该透镜-天线系统在微波和毫米波移动通信和遥感等领域具有广阔的应用前景。

关键词：多波束柔性天线超材料透镜-天线系统宽扫描角度

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正电子发射粒子示踪的关键技术与进展

过程工程学报 2024年第4期24卷 381-390页

作者：李坤吴利芸陈平韩焱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 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室山西太原030051 中北大学教育部仪器科学与动态测试重点实验室山西太原030051 太原工业学院机械工程系山西太原030008

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要,但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解,在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像... 详细信息

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要,但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解,在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像方法,利用γ光子探测对放射性标记的示踪颗粒进行三维动力学成像。由于γ光子具有高穿透性、不受电磁场影响等特点,使得PEPT在非透明复杂多相流检测上具有独特优势。目前主要应用于化工、食品、制药等工业领域内多相流动现象的测量和系统物理参数提取。然而,小型化示踪颗粒制备困难、多个示踪颗粒同时定位效果差等问题严重阻碍了PEPT技术的进一步应用和推广。本工作首先介绍了PEPT技术的基本原理;然后重点从示踪颗粒、算法、硬件系统、数据处理及应用等方面讨论了PEPT关键技术及其研究进展,并指出其中存在的问题和潜在的发展方向;最后,对PEPT技术的发展和应用进行总结和展望。

关键词：多相流无损检测正电子发射粒子示踪示踪颗粒 γ光子探测定位算法

不同聚焦方式的气体激光诱导击穿光谱定性定量对比研究

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光学学报 2024年

作者：张嘉旭陈晨李楠骆益凡赵阳阳管今哥郑永秋薛晨阳中北大学仪器与电子学院中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室西安航天动力技术研究所固体推进全国重点实验室

工业化生产过程中高纯度氮气、氧气的含量检测对于生产效率和产品质量的提高具有重要意义，迫切需要推动气体含量在线检测技术的不断发展。激光诱导击穿光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）作为一种新兴的化学分析... 详细信息

工业化生产过程中高纯度氮气、氧气的含量检测对于生产效率和产品质量的提高具有重要意义，迫切需要推动气体含量在线检测技术的不断发展。激光诱导击穿光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）作为一种新兴的化学分析手段，因其具备实时、可多元素同时探测、原位等优势在工业化在线检测领域具有巨大潜力。设计了一套基于伽利略式望远镜的气体LIBS探测系统，通过采用5组不同透镜组合作为聚焦光路，对比分析了聚焦距离200 mm下氮氧混合气体的LIBS定性定量结果，其中1组为焦距200 mm的单透镜，其他4组为凹透镜（f=-50.8 mm）和不同双凸透镜组合共同组成的伽利略式望远系统，双凸透镜组合采用四个凸透镜（f分别为75 mm、100 mm、125 mm、150 mm）分别与同一凸透镜（f=200 mm）组合的形式。结果表明相比于SL1单透镜，双凸透镜组合的击穿阈值较低，选用焦距为125 mm和200 mm的双凸透镜组合能够获得最高的LIBS谱线强度和信号稳定性，通过Zemax光学模拟发现该透镜组合具有适中的焦深和聚焦角度，有利于获得更高质量的LIBS信号。在定量分析中，双凸透镜组合的使用能够明显改善定标曲线相关系数，提高预测稳健性和探测灵敏度。相较于单透镜，双凸透镜组合下LIBS预测信号的相对标准偏差（Relative Standard Deviation, RSD）提高了2.5倍以上，均方根误差（Root-Mean-Square Error, RMSE）降低2.0倍以上，检出限（Limit of Detection, LOD）提升了10.9倍以上，双凸透镜组合的使用能够在工业气体在线检测中发挥重要作用。

关键词：激光诱导击穿光谱氮氧混合气体透镜组合对比光谱辐射特性定性定量分析

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圆形降落伞最快下降系统设计

兵器装备工程学报 2024年第3期45卷 42-49页

作者：徐乐乐张国军张文栋王宇通柳燕陈佳钰中北大学仪器与电子学院太原030051 省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051

为确保配有圆形降落伞的物体在空中定点下落时实现以最短时间安全落地,提出了一种降落伞在空中多次打开和关闭的下降方法,降落伞每次打开或者关闭都由控制系统控制;同时设计出了适合圆形降落伞空中多次打开关闭的开关伞机械结构。在控... 详细信息

为确保配有圆形降落伞的物体在空中定点下落时实现以最短时间安全落地,提出了一种降落伞在空中多次打开和关闭的下降方法,降落伞每次打开或者关闭都由控制系统控制;同时设计出了适合圆形降落伞空中多次打开关闭的开关伞机械结构。在控制系统中,算法可以根据物体即将下落时的高度、圆形降落伞可承受的最大下落速度、圆形降落伞下落的安全速度,计算出物体需要打开或者关闭圆形降落伞的时间点,控制系统可以使圆形降落伞定时打开或者关闭。通过仿真得出了下落高度和下落速度情况,结果表明,所提方法可以确保配有圆形降落伞的物体在最短时间内安全着落。

关键词：圆形降落伞控制系统机械结构安全速度最短时间

基于硅酸镓镧高温压电剪切加速度计的设计与制备

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传感器与微系统 2024年第5期43卷 113-115,120页

作者：李爽程文华梁晓瑞谭秋林中北大学微纳器件与系统教育部重点实验室山西太原030051 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 太原科技大学电子信息工程学院山西太原030051

随着航空航天、原子能技术、汽车电子、冶金与石油化工等工业的迅猛发展,迫切需要能够在高温环境下对振动、压力及噪声等进行监测的传感器。本文设计并制备了基于硅酸镓镧(LGS)压电单晶材料的压电加速度传感器。实验结果表明,该传感器... 详细信息

随着航空航天、原子能技术、汽车电子、冶金与石油化工等工业的迅猛发展,迫切需要能够在高温环境下对振动、压力及噪声等进行监测的传感器。本文设计并制备了基于硅酸镓镧(LGS)压电单晶材料的压电加速度传感器。实验结果表明,该传感器的谐振频率约为3 kHz,在常温~800℃,工作频率为80~1 000 Hz范围内,传感器的电荷灵敏度保持稳定,平均值为0.081 pC/g_(n)。该传感器能在800℃高温下稳定工作。

关键词：硅酸镓镧压电加速度计高温 COMSOL 固有频率

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