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航天印制电路板汽相回流焊工艺的传热机理与等效建模仿真研究

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北京理工大学学报 2025年第1期45卷 60-66页

作者：苏煜许庆金梓谦孟瑛泽亓婷张朋北京理工大学宇航学院北京航天自动控制研究所

针对航天领域中电子器件与电路板集成使用的汽相回流焊工艺进行数值模拟研究，对揭示汽相回流炉内的流体状态、明确传热机理、优化焊接参数以及揭示焊接电路板的温度分布具有极其重要的意义.提出一种针对汽相回流焊工艺过程仿真的数值... 详细信息

针对航天领域中电子器件与电路板集成使用的汽相回流焊工艺进行数值模拟研究，对揭示汽相回流炉内的流体状态、明确传热机理、优化焊接参数以及揭示焊接电路板的温度分布具有极其重要的意义.提出一种针对汽相回流焊工艺过程仿真的数值模拟方法，建立汽相回流炉的整体模型，分析了回流炉中流体的运动状态以及与电路板之间的传热机理.随后建立单层蒸汽层的等效仿真模型，将温度计算结果作为其边界条件，通过设置压强差控制温升速率，对带有电路板的等效模型进行计算，预测焊接电路板的温度变化.将设计试验与仿真进行对比，结果表明，等效模型对电路板的温度分布模拟是准确的，对优化参数具有重要意义.

关键词：汽相回流焊数值模拟传热机理等效模型温度分布

一种采用圆片级真空封装的全硅MEMS三明治电容式加速度计

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中国惯性技术学报 2017年第6期25卷 804-809页

作者：胡启方李男男邢朝洋刘宇庄海涵徐宇新北京航天控制仪器研究所北京100039

全硅MEMS加速度计具有温度特性好、封装体积小、成本低的优点,从而成为小型化GNC(制导、导航与控制)系统的关键器件。给出了一种具有三层硅结构的MEMS三明治加速度计的设计、加工以及圆片级真空封装方法,其中,中间硅摆片的3D结构通过双... 详细信息

全硅MEMS加速度计具有温度特性好、封装体积小、成本低的优点,从而成为小型化GNC(制导、导航与控制)系统的关键器件。给出了一种具有三层硅结构的MEMS三明治加速度计的设计、加工以及圆片级真空封装方法,其中,中间硅摆片的3D结构通过双面KOH湿法腐蚀制造,腐蚀过程中使用台阶化的SiO_2作为硬掩模。硅盖板的加工主要通过KOH各向异性腐蚀和电感耦合等离子体垂直刻蚀完成。最后,上、下硅盖板通过基于Au-Si共晶反应的全硅键合技术从两侧与硅中间摆片进行键合,并实现圆片级真空封装。三明治加速度计的腔体内封装了压力为200 Pa的高纯氮气。测试结果表明,所述加速度计的闭环输出灵敏度为0.575 V/g,零位误差为0.43 g。加速度计的-3dB带宽为278.14Hz。加速度计1 h的输出稳定性为2.23×10-4 g(1σ)。加速度计在全温范围(-40℃~60℃)内的输出漂移为45.78 mg,最大温度滞环为3.725 mg。

关键词： MEMS 加速度计圆片级真空封装金-硅共晶键合

加速度计参数长期稳定性多尺度混合建模与预测

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中国惯性技术学报 2020年第1期28卷 106-114页

作者：王晓东付红坡温云同北京航天控制仪器研究所北京100039

针对温度、振动等环境载荷导致石英挠性加速度计参数随着时间发生非线性变化,难以进行准确描述的问题,提出一种加速度计参数长期稳定性多尺度混合建模方法,并利用所建模型对参数变化进行预测。首先,采用经验模态分解对参数长期变化序列... 详细信息

针对温度、振动等环境载荷导致石英挠性加速度计参数随着时间发生非线性变化,难以进行准确描述的问题,提出一种加速度计参数长期稳定性多尺度混合建模方法,并利用所建模型对参数变化进行预测。首先,采用经验模态分解对参数长期变化序列进行多尺度分解,使其平稳化以降低其复杂度,为多尺度混合建模奠定基础;然后,在单核向量机的基础上,应用多核最小二乘支持向量机数据拟合算法,以提高多尺度混合建模算法的准确性与适应性;而且为了提升多核向量机的性能,设计一种自适应人工鱼群寻优算法对多核向量机的相关参数进行寻优;最后,建立石英挠性加速度计参数长期稳定性模型,并通过实例进行模型适用性验证与预测性能验证。结果表明,所提出的建模方法相比于传统最小二乘方法,模型更加精确,预测精度更高,零偏K0与标度因数K1的预测均方根误差分别降低了88.65%、86.49%。

关键词：石英挠性加速度计经验模态分解多核向量机长期稳定性参数预测

空心光纤HE_(11)模的场分布和传播特性

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中国惯性技术学报 2016年第1期24卷 59-65页

作者：赵连洁严小军张安宁张国万北京航天控制仪器研究所北京100039

基于麦克斯韦矢量模型精确计算了空心光纤中HE_(11)模的电磁场分布,从光源参数和光纤参数两方面讨论了HE_(11)模在空心光纤中的传播特性。研究表明:沿空心光纤截面HE_(11)模的光场强度呈环状分布,电场的两个径向分量rE和Ej相位相同,磁... 详细信息

基于麦克斯韦矢量模型精确计算了空心光纤中HE_(11)模的电磁场分布,从光源参数和光纤参数两方面讨论了HE_(11)模在空心光纤中的传播特性。研究表明:沿空心光纤截面HE_(11)模的光场强度呈环状分布,电场的两个径向分量rE和Ej相位相同,磁场的两个径向分量rH和Hj相位相反,不同光源条件在空心区激发的消逝波场分布基本一致,在纤芯层和敷层的电磁场分布随光源不同具有明显区别。此外研究表明仅改变芯层厚度或纤芯层和敷层相对折射率的方法,对空心区消逝波的电磁场分布基本没有影响,但是改变空心区半径可以明显改变空心区消逝波最大场振幅。空心光纤消逝波原子导引方法可用于原子干涉陀螺实现原子团劈裂。

关键词：原子导引消逝波矢量模型弱波导近似空心光纤

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高精度硅微谐振加速度计工程化设计与实现

中国惯性技术学报 2016年第2期24卷 229-234页

作者：王岩赵克张玲邢朝洋北京航天控制仪器研究所北京100039

硅微谐振加速度计因具有小体积优势和高精度潜力,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。工程化设计是硅微谐振加速度计从原理样机向成熟产品转化过程中的关键步骤之一。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从工程实用化设计角度出发... 详细信息

硅微谐振加速度计因具有小体积优势和高精度潜力,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。工程化设计是硅微谐振加速度计从原理样机向成熟产品转化过程中的关键步骤之一。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从工程实用化设计角度出发,提出了一种高精度硅微谐振加速度计工程化设计方法。分别从系统设计、结构设计、控制电路设计和测试与补偿技术等方面进行了分析和对比,讨论了误差来源与改进方法。测试表明,设计的高精度硅微谐振加速度计质量块基频大于3 k Hz,谐振音叉中心频率约18 k Hz,标度因数大于100 Hz/g,量程±40 g,死区小于0.67 mg,带宽大于200 Hz,振动整流误差0.344 mg,零位一次通电稳定性优于50μg,测试结果基本满足工程化应用指标。

关键词：硅微谐振加速度计工程化设计实现

空心金属光纤导引原子和Monte-Carlo模拟

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中国惯性技术学报 2016年第6期24卷 809-814页

作者：赵连洁严小军张国万张安宁北京航天控制仪器研究所北京100039

在空心金属光纤,首先计算了TE01模的电磁场分布和光强分布。其次以^(85)Rb原子为例,计算了TE01模和^(85)Rb原子相互作用的光学势。研究表明,TE01模在空心金属光纤中集中分布在空心区,沿光纤截面呈环状分布。最后采用Monte-Carlo方法,分... 详细信息

在空心金属光纤,首先计算了TE01模的电磁场分布和光强分布。其次以^(85)Rb原子为例,计算了TE01模和^(85)Rb原子相互作用的光学势。研究表明,TE01模在空心金属光纤中集中分布在空心区,沿光纤截面呈环状分布。最后采用Monte-Carlo方法,分别模拟了原子在直空心金属光纤和弯曲空心金属光纤中的直导引效率和弯曲导引效率,相比直导引方案,弯曲导引方案效率明显偏低。空心金属光纤原子导引不仅可用于原子干涉仪研究,采用环形空心金属光纤的原子导引还可用于角速度测量研究。

关键词：原子导引 Monte-Carlo模拟空心金属光纤导引效率光学势

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基于光滤波法的高速调制信号快慢光研究

中国激光 2018年第10期45卷 248-253页

作者：王甫何志坚北京航天控制仪器研究所北京100039

高速调制信号的慢光技术在未来高速光通信和光信号处理等领域具有重要的应用前景。基于光滤波法,提出了半导体光放大器(SOA)与带通滤波器串联的结构,实现了高速调制正弦信号和归零伪随机码(RZ-PRBS)脉冲信号动态可调时延的关键技术。对... 详细信息

高速调制信号的慢光技术在未来高速光通信和光信号处理等领域具有重要的应用前景。基于光滤波法,提出了半导体光放大器(SOA)与带通滤波器串联的结构,实现了高速调制正弦信号和归零伪随机码(RZ-PRBS)脉冲信号动态可调时延的关键技术。对于正弦信号,当调制频率为5 GHz信号光经过光滤波结构时,改变SOA的注入电流,能够实现40%和-10%的基频相对延时量;对于RZ-PRBS光脉冲信号,波长为1549.735 nm(1550.525 nm),脉宽为100 ps的光脉冲信号入射滤波结构,改变SOA的注入电流,实现脉冲包络44.6 ps(96.3 ps)的可调延时。实验数据表明,利用所提出的光滤波结构,通过改变SOA的注入电流,能够实现高速调制信号的可调延时。在精确控制SOA注入电流的情况下,该光滤波结构可用于光通信中的信号同步和比特量级的信号处理。

关键词：非线性光学半导体光放大器快光慢光

高加速度条件下的MEMS IMU陀螺仪误差标定方法

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中国惯性技术学报 2023年第5期31卷 523-530页

作者：王国栋甄新帅王延辰张琛北京航天控制仪器研究所北京100039

导弹飞行过程中常伴随着高加速度,会导致MEMSIMU陀螺仪的输出产生漂移误差。为了消除高加速度对陀螺仪的影响,提出了一种基于离心机实验的陀螺仪误差标定方法。基于谐振式陀螺仪工作原理,分析了离心机实验引入的误差源,给出了等效半径... 详细信息

导弹飞行过程中常伴随着高加速度,会导致MEMSIMU陀螺仪的输出产生漂移误差。为了消除高加速度对陀螺仪的影响,提出了一种基于离心机实验的陀螺仪误差标定方法。基于谐振式陀螺仪工作原理,分析了离心机实验引入的误差源,给出了等效半径、失准角等因素的影响分析和补偿方法。在此基础上,设计了三轴陀螺仪离心机实验方案的整体编排。针对建立的陀螺仪误差模型,通过模型显著性分析和模型参数显著性分析,去除不显著项,实现了模型优化。基于实验数据,对优化后的模型进行了验证,结果表明标定后相比标定前误差降幅大于99%,验证了标定方法的有效性。

关键词：离心机实验 MEMS陀螺仪误差标定显著性分析模型优化

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MEMS加速度计温度漂移仿真分析

中国惯性技术学报 2018年第3期26卷 375-380页

作者：梅崴胡启方邢朝洋徐宇新王国栋北京航天控制仪器研究所北京100039

温度漂移是影响高精度、高稳定性MEMS加速度计整体工作性能的关键参数。采用有限元方法,建立了三种不同材料组合的MEMS"三明治"加速度计三维结构模型,开展热-应力耦合场仿真分析,并通过提取加速度计差动电容变化量及其变化率对温度漂移... 详细信息

温度漂移是影响高精度、高稳定性MEMS加速度计整体工作性能的关键参数。采用有限元方法,建立了三种不同材料组合的MEMS"三明治"加速度计三维结构模型,开展热-应力耦合场仿真分析,并通过提取加速度计差动电容变化量及其变化率对温度漂移进行量化表征。结果显示,以带有薄层玻璃的单晶硅圆片作为器件盖板及衬底,并以其薄玻璃层作为绝缘层是最优的加速度计材料组合。进一步分析表明,盖板及衬底厚度达到500μm,加速度计差动电容变化率曲线趋于稳定,继续增大盖板及衬底厚度对于优化温度漂移性能无显著作用,研究结果为高性能MEMS加速度计设计提供了技术支撑。

关键词：微机械加速度计温度漂移有限元法计算机仿真