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含矩形腔的矩形环侧耦合MDM波导的传感性能研究

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光通信技术 2024年

作者：段佳毅沈三民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

为了获得高灵敏度可调谐折射率传感器，设计了一种双挡板金属-电介质-金属（MDM）波导侧耦合含矩形腔的矩形环结构。利用有限元法对传输特性进行研究，结合磁场分布分析共振峰的产生机理。改变几何参数计算不同结构参数影响下的FOM值，... 详细信息

为了获得高灵敏度可调谐折射率传感器，设计了一种双挡板金属-电介质-金属（MDM）波导侧耦合含矩形腔的矩形环结构。利用有限元法对传输特性进行研究，结合磁场分布分析共振峰的产生机理。改变几何参数计算不同结构参数影响下的FOM值，综合分析后确定此结构的最优值。结果表明：矩形环长度和耦合距离可以对整体进行调节，矩形腔长度和位置可以对共振峰单独调谐。最后，改变折射率介质，计算得到此结构4个共振峰传感灵敏度分别为1623 nm/RIU、1223 nm/RIU、2740 nm/RIU以及2486 nm/RIU，为集成化、多通道折射率传感器提供参考。

关键词：表面等离激元 MDM波导矩形环矩形腔法诺共振

基于硅MEMS技术的高灵敏度微型光纤法布里-珀罗压力传感器

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光子学报 2024年第5期53卷 149-157页

作者：李文豪贾平岗王军薛波万顺侯凯耀熊继军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

基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对... 详细信息

基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对传感器单元进行独立分离,使得单个传感器的整体外径仅为400μm,高度为220μm。在此基础上,搭建了信号解调实验平台,并对传感器的感压特性进行了详尽测试。测试结果显示,在0~50 kPa的压力范围内,传感器的压力灵敏度可达到18.5 nm/kPa,最大非线性度为0.47%,重复性为0.18%,迟滞为0.18%。此外,该传感器具有体积小、灵敏度高、电磁兼容、生物兼容以及稳定性强等优点,在生物医学和医疗领域具备巨大的商业转化价值。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗微型化压力测量微机电系统

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基于DDPG变外形碰撞规避的轨迹规划方法

兵工学报 2024年

作者：丁天雲夏逸梅泽伟邵星灵刘俊中北大学仪器与电子学院中北大学电气与控制工程学院中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室

针对变外形航天飞行器制导与变形决策强耦合问题，提出了基于深度确定性策略梯度（Deep Deterministic Policy Gradient， DDPG）变外形碰撞规避的轨迹规划算法。首先，依托变形参量建立变外形航天飞行器运动学模型，设计具有射程误差... 详细信息

针对变外形航天飞行器制导与变形决策强耦合问题，提出了基于深度确定性策略梯度（Deep Deterministic Policy Gradient， DDPG）变外形碰撞规避的轨迹规划算法。首先，依托变形参量建立变外形航天飞行器运动学模型，设计具有射程误差校正功能的纵向制导律和基于视线角偏差的横向制导律，实现绕飞障碍物并保证制导精度。其次，建立适用于连续变外形的马尔科夫决策模型，以攻角、马赫、以及飞行器与障碍物的相对距离为状态空间，设计考虑碰撞的势场惩罚函数及满足制导精度的奖励函数，并构建DDPG网络实现状态空间到动作的尺度变换，得到最优外形决策指令。仿真结果表明：与固定外形航天飞行器相比，通过对外形最优决策，提高了航天飞行器制导精度和横向避障能力，降低了对机载雷达感知能力的要求，节省了感知成本。

关键词：变外形航天飞行器深度确定性策略梯度智能决策轨迹规划碰撞规避

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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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

基于新型共面波导的频率可重构MIMO天线设计

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压电与声光 2024年第1期46卷 108-111页

作者：常睿李伟姚博译段俊萍张斌珍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

设计了一种基于新型共面波导(CPW)频率可重构多输入多输出(MIMO)天线。在天线中使用开关元件,通过控制开关改变CPW的电流长度来实现6.17~9.38 GHz与19.53~25.48 GHz离散频率可调。转换模式不需要额外的匹配电路,使得结构更紧凑。天线单... 详细信息

设计了一种基于新型共面波导(CPW)频率可重构多输入多输出(MIMO)天线。在天线中使用开关元件,通过控制开关改变CPW的电流长度来实现6.17~9.38 GHz与19.53~25.48 GHz离散频率可调。转换模式不需要额外的匹配电路,使得结构更紧凑。天线单元采用CPW馈电方式,蚀刻在F4B的介质基板上,MIMO配置无需额外的解耦装置便能实现良好的隔离效果。仿真和测试结果表明,单个天线与MIMO天线均可实现频率可重构特性,天线单元之间的隔离度<-20 dB,相关包络系数<0.05,分集增益接近10 dB,满足设计要求。

关键词：频率可重构多输入多输出高隔离度 MIMO天线

谐振式光学陀螺噪声抑制技术研究现状(特邀)

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光子学报 2024年第5期53卷 39-56页

作者：王飞白禹卜韩南朝铭张仕泽李溢凡周彦汝邢恩博刘来刘文耀唐军刘俊中北大学山西省量子传感与精密测量重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院动态测试技术国家重点实验室太原030051

谐振式光学陀螺仪利用光学谐振腔在时空上对光波极强的局域增强效应,有望成为兼具高精度和小体积的光学陀螺。然而,谐振式陀螺转动产生的Sagnac效应相对微弱,容易受到陀螺系统内非互易性以及互易性噪声的干扰,成为其精度提升的瓶颈。在... 详细信息

谐振式光学陀螺仪利用光学谐振腔在时空上对光波极强的局域增强效应,有望成为兼具高精度和小体积的光学陀螺。然而,谐振式陀螺转动产生的Sagnac效应相对微弱,容易受到陀螺系统内非互易性以及互易性噪声的干扰,成为其精度提升的瓶颈。在陀螺的小型化过程中这一问题更加凸显。因此,对谐振式光学陀螺仪进行噪声抑制显得尤为重要。本文详细综述了谐振式光学陀螺中非互易性和互易性两大类噪声的原理及其抑制方法,总结了该领域近来年的研究现状及未来挑战与发展趋势,为我国谐振式光学陀螺发展提供参考。

关键词：谐振式陀螺光学陀螺光学噪声抑制背向散射效应克尔效应

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基于LSTM的勘察器外壁温度反演方法研究

电子测量技术 2024年第4期47卷 181-187页

作者：马振东范锦彪王燕许杰中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

对于星壤物质物化特性的反演是深空探测中最重要的一环,星壤的热导率、热容参数等热特性是研究星壤组成的科学依据,而温度测量是基于侵彻式的星壤原位探测的重要参数。针对月壤勘察器侵彻过程的外表面温度无法直接测量的问题,开展了基于... 详细信息

对于星壤物质物化特性的反演是深空探测中最重要的一环,星壤的热导率、热容参数等热特性是研究星壤组成的科学依据,而温度测量是基于侵彻式的星壤原位探测的重要参数。针对月壤勘察器侵彻过程的外表面温度无法直接测量的问题,开展了基于LSTM神经网络算法的勘察器外表面温度反演方法的研究。借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件实现侵彻过程的仿真模拟以获取多组勘察器弹头部内外表面温度数据,依据有限差分法离散热传导方程选取数据,采用长短期记忆神经网络来建立反演模型。通过模拟实验进行分析,该方法反演所得曲线和实验曲线相比均方根误差为12.9℃,最大相对误差不超过10%。实验结果表明本文所研究的方法可以实现勘察器外表面温度的反演。

关键词：外壁温度反演有限元仿真分析有限差分法 LSTM

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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