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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

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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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

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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

基于迭代策略的自适应ADRC磁轴承控制仿真

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中北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 340-347页

作者：孙咏叶张艳兵刘鹏中北大学电气与控制工程学院太原030051 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

针对磁悬浮轴承位置控制过程中存在非线性耦合、内外部扰动不确定性的问题,提出了一种基于自抗扰控制的四自由度磁轴承迭代学习控制策略。首先依据四自由度磁悬浮轴承系统模型搭建自抗扰控制器,其次将估计的总扰动通过间接迭代控制在线... 详细信息

针对磁悬浮轴承位置控制过程中存在非线性耦合、内外部扰动不确定性的问题,提出了一种基于自抗扰控制的四自由度磁轴承迭代学习控制策略。首先依据四自由度磁悬浮轴承系统模型搭建自抗扰控制器,其次将估计的总扰动通过间接迭代控制在线调整扩张状态观测器的带宽,实现不同增益下观测器参数的自适应整定。Simulink仿真实验数据表明:系统约在0.14 s处达到稳定,加入干扰后约0.05 s恢复稳定;基于迭代控制的自适应ADRC四自由度磁悬浮轴承控制性能好,同时调节速度快,具有较强的抗干扰能力。经比例-微分型间接迭代学习控制律在线更新带宽后,超调量小且跟踪目标误差积分性能指标小。

关键词：四自由度磁悬浮轴承自抗扰控制间接迭代学习控制扩张状态观测器带宽

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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

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基于改进蚁狮优化的火炮随动系统控制方法

中北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 326-333页

作者：王韵张艳兵中北大学电气与控制工程学院山西太原030051 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

针对防空火炮对随动控制系统跟踪精度高和强鲁棒性的要求,提出一种基于改进粒子群蚁狮优化(Improved Particle Swarm Optimization-Antlion Optimization,IPSO-ALO)算法的火炮随动系统控制策略。首先在建立火炮交流伺服系统模型的基础上... 详细信息

针对防空火炮对随动控制系统跟踪精度高和强鲁棒性的要求,提出一种基于改进粒子群蚁狮优化(Improved Particle Swarm Optimization-Antlion Optimization,IPSO-ALO)算法的火炮随动系统控制策略。首先在建立火炮交流伺服系统模型的基础上,分析了位置控制器结构;其次,利用改进的蚁狮算法优化了位置环PI控制器,为解决算法迭代后期蚁狮的多样性降低导致陷入局部最优的问题,并且为保证得到最优参数,将PSO算法与ALO算法融合,利用粒子群算法更新蚁狮位置,进一步更新蚁狮算法的精英主义阶段,并且分别在粒子群算法中引入自适应非线性递减惯性权重系数,加强算法在后期的局部搜索能力,在蚁狮算法中引入动态比例系数和非线性动态权重,提高了算法的全局搜索能力;最后,在MATLAB/Simulink建模仿真并分析了各控制器作用下系统的稳定性、跟踪性及鲁棒性。仿真结果表明,IPSO-ALO算法对于PI控制的各种性能指标最优,其调节时间较IPSO和IALO分别提升18.2%和33.1%,所设计的控制器能够使火炮随动系统获得更好的响应特性和跟踪精度,抗干扰能力强,有较强的鲁棒性,证明了该方法的有效性。

关键词：防空火炮随动系统蚁狮算法粒子群算法鲁棒性

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基于LabVIEW的红外热波图像缺陷检测系统设计

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红外技术 2024年第4期46卷 483-490页

作者：谭丹张志杰王禄祥尹武良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038507 曼彻斯特大学电气与电子工程学院英国曼彻斯特M139PL

碳纤维增强复合材料大量应用于航空领域,对其质量提出了更高的要求。但是传统人工检测方法工作强度高、效率低。为了提高碳纤维复合材料的缺陷检测效率,本文基于LabVIEW软件开发平台设计CFRP(carbon fiber reinforced plastics)缺陷检... 详细信息

碳纤维增强复合材料大量应用于航空领域,对其质量提出了更高的要求。但是传统人工检测方法工作强度高、效率低。为了提高碳纤维复合材料的缺陷检测效率,本文基于LabVIEW软件开发平台设计CFRP(carbon fiber reinforced plastics)缺陷检测系统,提取缺陷边缘并进行数量统计。本研究采用主动式红外热成像无损检测技术,通过红外热像仪获取激光扫描的损伤试样表面热图像。针对红外图像对比度及均匀性差的特点,使用HSL(hue, saturation, luminance)进行颜色平面提取,灰度变换,选用适用于处理光照分布不均匀图像的Niback局部阈值分割处理算法进行感兴趣区域图像阈值分割处理。最后通过形态学处理增强图像并实现缺陷特征提取和缺陷数量统计。本文通过搭建红外热成像缺陷检测实验平台完成红外热波缺陷图像的采集、处理,设计软件平台及用户界面以实现缺陷特征的提取。相比于人工检测,该系统的设计极大地减少了检测用时,有助于实现缺陷检测的自动化。

关键词： LabVIEW CFRP 红外热成像缺陷检测

100 GHz双频带通腔体滤波器的设计及制作工艺研究

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传感技术学报 2024年第3期37卷 416-422页

作者：冯伟雷程秦瑞杰张斌珍段俊萍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山西太原030051

针对当前双频或多频带通滤波器主要以30 GHz以内的工作范围为主,在高频毫米波范围内以单频超宽带设计为主这一现象,设计出一款可以在100 GHz~103 GHz工作范围内存在两个超窄带工作带宽的双频腔体滤波器。两个工作频段分别为100.67 GHz~1... 详细信息

针对当前双频或多频带通滤波器主要以30 GHz以内的工作范围为主,在高频毫米波范围内以单频超宽带设计为主这一现象,设计出一款可以在100 GHz~103 GHz工作范围内存在两个超窄带工作带宽的双频腔体滤波器。两个工作频段分别为100.67 GHz~101.36 GHz和102.67 GHz~102.78 GHz,与之对应的相对带宽分别为0.68%和0.11%。所设计腔体滤波器采用UV-LIGA工艺完成其样品的制备,并使用由矢量网络分析仪和扩频模块所搭建的测试平台完成测试,经测试,相对带宽的绝对误差分别为0.19%和0.02%。

关键词：腔体滤波器双频 UV-LIGA工艺非谐振节点超窄带