一、音叉的材料及加工（论文文献综述）
徐军[1]（2014）在《石英音叉谐振式温度传感器及关键技术的研究》文中研究说明石英晶体温度传感器的工作原理是基于压电谐振器对温度的热敏感性，属于热敏型压电谐振传感器。石英晶体温度传感器具有精度高、迟滞小和稳定性好等优点，是一种以频率作为输出信号的准数字温度传感器，在高精密测温领域中发挥着重要的作用。各向异性的石英晶体具有压电效应属于压电弹性体，存在固有谐振频率，其谐振频率特性与晶体的切向密切相关。通过合理设计石英晶体的切向，可使石英晶体的谐振频率与温度密切相关，因此可根据石英晶体的频率温度特性来设计制造温度传感器。石英音叉谐振式温度传感器是石英晶体温度传感器的一个分支，基本原理是外界的温度变化引起石英音叉谐振器的频率变化，通过检测石英音叉谐振器的频率变化来检测温度的变化。石英音叉谐振式温度传感器具有分辨率高、体积小、成本低、功耗低、抗干扰能力强、稳定性好等特点，是低功耗高精密温度传感器研究的重要方向之一。本文提出了一种MEMS石英音叉谐振式温度传感器，采用石英晶体热敏新切型，使该新型温度传感器的灵敏度相比于传统的石英音叉温度传感器具有较大的提升。论文针对石英音叉谐振式温度传感器的基础理论、设计方法、加工工艺和测量方法等关键技术问题进行了较为全面深入的研究，主要完成以下工作：1．提出了基于MEMS石英音叉谐振式温度传感器新结构，确定了传感器研究的总体方案。2．阐述了基于压电振动理论的石英音叉谐振式温度传感器的基本结构与工作原理；分析了石英音叉的谐振器结构特性，采用H型音叉臂和合理的电极设置，提高了谐振器的品质因数，从而提高了传感器的信噪比；基于压电本构方程和弹性力学振动理论，建立了石英音叉压电悬臂梁弯曲振动的力学振动模型，推导出振动方程，实现对石英音叉谐振频率的求解。3．基于石英音叉谐振器的频率温度特性，建立了石英晶体频率温度系数的理论分析模型，在满足石英晶体谐振式传感器设计要求的前提下，通过双坐标旋转设计了石英晶体的热敏新切型；建立了石英音叉谐振式温度传感器灵敏度计算模型，估算灵敏度约为–2Hz/℃。4.基于压电效应和机电耦合理论，在考虑石英音叉的机电特性的前提下，基于汉密尔顿理论，推导出压电晶体的有限元计算方程；并利用ANSYS软件对设计的石英音叉谐振器进行了模态仿真分析和结构优化；设计了传感器的MEMS加工工艺流程，成功研制出石英音叉谐振式温度传感器样机。5.研制了基于电容补偿的闭环正反馈振荡电路，搭建了石英音叉谐振式温度传感器测试平台；在-20100℃的温度范围内，测试了石英音叉谐振式温度传感器样机的主要性能参数，灵敏度为–1.9Hz/℃、非线性误差为1.8%、分辨力为0.0125℃。
张明烨[2]（2020）在《可用于原子力显微镜的石英音叉结构优化及工艺研究》文中指出近些年来,随着原子力显微镜（AFM）技术的发展,其对显微镜测头部分的力传感器要求越来越高,而传统AFM中的硅悬臂力传感器由于品质因数低、稳定性差、检测装置复杂、探测范围有限等缺点,已经不能满足AFM对于高精度、高稳定性的进一步追求。与此同时,基于石英音叉的AFM相关研究已取得一些进展,且将石英音叉用作AFM测头的力传感器时,可以实现品质因数高、稳定性好、自激励自检测、探测范围广等功能,因此,将石英音叉作为AFM测头的力传感器是一种较为理想的选择。然而,到目前为止大部分基于石英音叉的AFM研究所用的音叉都是来自于市场上已经存在的音叉晶振,这就限制了音叉的频率和尺寸选择,而且小尺寸石英音叉的批量加工工艺尚未成熟,使得定制生产满足AFM要求的各类石英音叉变得困难。因此,本论文针对上述问题,先通过有限元仿真得到优化后的石英音叉结构,再对优化后的石英音叉进行制造,具体研究如下:1.通过对市售的石英音叉进行ANSYS有限元模态仿真分析,得到仿真结果符合实际需求,进而得出音叉有限元仿真一系列规律。基于这些规律,对石英音叉的尺寸进行调整,得到满足AFM要求的石英音叉尺寸和对应的工作频率;然后将音叉的部分结构进行优化改变,确定改变结构之后的音叉尺寸,并且对各种样式的音叉表面设置电极,最后用Auto CAD绘制出带有各种样式和各种尺寸音叉的基板版图,用来作为后续光刻掩模版版图。2.选择Z切向的石英基片作为加工材料,通过对石英音叉加工工艺进行实验摸索,确定一整套基本工艺流程,按照工艺流程进行石英音叉谐振器的制造;在进行加工工艺过程中,主要对掩模层的镀制、光刻工艺、石英湿法刻蚀工艺以及表面电极的制作进行研究,尤其是石英的湿法刻蚀工艺的研究,设计并进行了多组探究性实验,以此来对各项实验参数进行优化,最终得到侧壁相对平整、表面电极相对完好的石英音叉。
管延伟[3]（2017）在《音叉式微机械陀螺的动力学耦合特性及振动灵敏度研究》文中研究表明微机械陀螺仪是一种基于哥氏效应来测量物体角速度的惯性传感器。它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低等优点,可广泛应用于军事和民用领域。随着微陀螺性能的不断提高,其应用对象越来越多,应用环境也越来越恶劣。由于微陀螺不可避免地受到耦合和外界振动的作用,导致微陀螺存在动力学耦合及振动灵敏度（外界振动引起的输出误差）问题。因此需要对微陀螺动力学耦合及振动灵敏度的抑制或消除进行深入的研究,以此来提高微陀螺的性能。基于以上背景,本文以自主设计的双质量块音叉式微机械陀螺为研究对象,通过理论研究、仿真分析、实验测试等手段,分别从结构和电学两个层面对音叉式微陀螺的动力学耦合特性及振动灵敏度进行了研究,为高性能微陀螺的优化设计提供重要的理论依据和参考价值。本文的主要研究工作和创新性研究成果简述如下:（1）考虑到微陀螺受到外界加速度引起的惯性力、耦合刚度力及耦合阻尼力的作用,分别建立了单质量块微陀螺的两自由度动力学一般方程、双质量块音叉式微陀螺的四自由度动力学一般方程和四质量块音叉式微陀螺的八自由度动力学一般方程,为微陀螺的动力学分析提供了理论前提。同时,着重分析了双质量块音叉式微陀螺存在的正交耦合、同相-反相耦合以及模态优化与振动灵敏度等问题,为后续问题的解决提供了理论基础。（2）为实现音叉式微机械陀螺正交耦合的解耦,提出了结构解耦和电学解耦两种解耦方法。首先,利用能量法首次推导出了梁长相等但梁宽不相等的单折叠梁刚度耦合系数,给出了降低弹性梁刚度耦合系数的关键参数,通过降低弹性梁的刚度耦合系数实现了正交耦合的结构解耦。同时,设计了用来消除正交耦合的电极,推导出了该电极产生的静电正交耦合刚度力,提出了通过控制一个质量块的正交耦合刚度来实现正交耦合的电学解耦,并通过静电-结构多场耦合仿真分析和实验测试验证了正交耦合电学解耦的有效性。（3）针对同相-反相耦合影响音叉式微陀螺的振动灵敏度与品质因数的问题,提出了结构解耦和电学解耦的方法来抑制或消除同相-反相耦合。首先,通过提高同相反相刚度差比和弹性梁的宽度实现了同相-反相耦合的结构解耦,并通过仿真分析和实验测试验证了同相-反相耦合的结构解耦可以有效降低音叉式微陀螺的振动灵敏度。其次,设计了刚度匹配电极,推导出了刚度匹配电极产生的静电负刚度力,提出了通过静电负刚度效应的刚度匹配来实现同相-反相耦合的电学解耦,并通过正弦扫描振动实验验证了同相-反相耦合的电学解耦降低振动灵敏度的有效性。另外,考虑到基底的能量损耗,又建立了理想和非理想音叉式微陀螺的三自由度振动模型,首次给出了考虑基底阻尼的非理想结构反相模态品质因数的表达式,并通过实验验证得到反相模态（工作模态）品质因数可以通过同相-反相耦合的电学解耦达到最大值。（4）为解决传统的直接耦合式音叉微陀螺的自身灵敏度与振动灵敏度之间的矛盾,设计了新式的锚点环形梁耦合式音叉微陀螺和锚点菱形梁耦合式音叉微陀螺,并首次构建了双质量块音叉式微陀螺的两自由度锚点耦合振动模型。首先,利用坐标变换法对模态优化和共模振动输出进行了理论计算,并通过有限元仿真分析验证了理论模型的正确性。同时,对比分析了锚点耦合式和直接耦合式音叉微陀螺的模态优化与振动灵敏度,得到锚点耦合式音叉微陀螺在不牺牲陀螺自身灵敏度的前提下,可以极大地优化模态顺序和降低振动灵敏度。（5）综合考虑了音叉式微机械陀螺的动力学耦合特性、振动灵敏度及模态优化等因素,设计了基于锚点杠杆梁耦合机制的音叉式微陀螺,并构建了双质量块音叉式微陀螺的四自由度耦合振动模型,理论分析了所设计微陀螺的动力学响应特性。采用SOG工艺加工了微陀螺,并利用LCC-44封装管壳对加工后的管芯进行气密性封装。最后设计了基于FPGA的音叉式微陀螺的数字化控制电路,采用基于CORDIC算法与LMS算法的闭环驱动和开环检测方式对音叉式微陀螺进行了性能测试。
浦东[4]（2019）在《非线性微机械振荡器中的同步及应用》文中提出微机械振荡器由于其优异的IC兼容性以及小尺寸等特点被广泛应用在移动电子设备中,并将在未来物联网及智能城市的大潮中扮演举足轻重的角色。在向小型化、高精度发展的同时,由于尺度效应的影响,微机械振荡器中的非线性愈发显着。合理地利用一些非线性效应可以克服其带来的不利影响,甚至突破线性情形下的性能极限。非线性同步现象是上述效应中的一种,广泛存在于自然界中。本文基于非线性微机械振荡器研究同步的基本性质,以及同步对振荡器响应的影响机理,并最终利用此现象提升振荡器以及传感器的性能。全文分别从非线性振荡器与外激信号同步、多个振荡器间的互同步以及同步的应用三大块内容着手,围绕同步区间的调控、频率稳定性的提升、同步频率与幅值的依赖关系和远程同步放大传感四个方面的问题,理论结合实验进行了研究,主要包括:1.研究了非线性微机械振荡器与外激信号的同步问题,揭示了外激扰动信号对同步带宽和频率稳定性的影响规律,给出了同步带宽和阿兰方差的近似解析表达式,能有效预测同步带宽和频率稳定性随扰动信号的变化趋势;2.首次揭示了闭环反馈相位延迟对同步带宽的调节机制,理论和实验上给出了同步带宽位置和大小随相位延迟的变化关系,建立了相位延迟和幅频响应滞回区间的对应关系,利用相位延迟可以实现可同步区间的10倍放大;3.研究了同步过程中幅值与频率的变化关系,发现了同步后线性振子幅值随频率的非线性依赖,而非线性振子幅频的线性依赖等反常现象,并利用理论分析和实验对这些反常现象进行了解释;4.研究了多个非线性微机械振荡器的高阶互同步,基于压阻法的频率调控方法实现了多个自激微机械振荡器间的同步,探究了互同步过程中同步带宽和振荡器频率稳定性的影响因素,揭示了互同步时振荡器幅值和频差变化关系以及耦合同步系统中的频率敏感特性;5.依据同步锁频现象首次提出了远程同步放大传感机理,设计了同步放大传感系统原型并进行了实验验证,研究结果显示利用同步放大电荷传感器（静电计）的灵敏度能够提高9倍,同时其频率稳定性可以提升3倍。本文为微机械振荡器及传感器的设计提供了新思路。
施阳和[5]（2008）在《微机械石英陀螺敏感元件的设计与制造研究》文中提出MEMS是近年来比较热门的一个新兴的技术领域,具有广阔的发展前景。MEMS技术在惯性领域的发展应用催生了微惯性技术。微惯性技术的发展,主要集中在微机械加速度计和微机械陀螺这两大类产品领域内。而微机械石英陀螺是微机械陀螺中发展较快的一种。微机械石英陀螺,是二十世纪八十年代末出现的一种微惯性器件,属于中低精度陀螺。微机械石英陀螺,以其具有的成本低、体积小、结构简单、可靠性高等特点在现代精确打击战术武器的军事方面和民用汽车等非军事方面获得了广泛的应用,显示其是一种非常有前途的微机械振动陀螺。在研究微机械石英陀螺的国内外发展研究现状的基础上,对微机械石英陀螺的设计、制造和振动模式测试等方面进行了深入研究,研究的内容及成果如下:总结和研究了压电石英晶体的材料特性和微机械石英陀螺的动力学问题。指出柯氏力偶引起的扭转运动是实现石英陀螺的机械解耦的关键。同时在深入研究公理设计理论和振动陀螺原理的基础上,提出了振动陀螺的公理设计模型。振动陀螺的公理设计模型解决了陀螺设计中有运动耦合的问题,使得原先一些从经验、甚至直觉发展而来的微机械振动陀螺的设计准则有了科学的依据。这对微机械振动陀螺的规范化设计和创新是有较大的指导意义的。在振动陀螺的公理设计模型的指导下,对微机械石英陀螺的材料特性和现有的微机械石英陀螺结构进行了深入研究,提出了一种新的结构,即微机械梳齿石英陀螺。用有限元方法对其进行了模态研究,并分析了相关尺寸参数对微机械梳齿石英陀螺的振动模态的影响。推导建立了微机械梳齿石英陀螺的集总参数模型并据此开展了驱动模式和感测模式的定量研究。微机械石英陀螺的电路主要是驱动电路和检测电路。选用ADM8660实现升压,并采用专用函数信号发生器XR-2206产生恒频等幅正弦驱动信号。检测电路须实现陀螺元件输出信号的放大、解调和滤波功能。通过电荷放大器和锁定放大器得到了高信噪比的信号。最后运用Matlab对检测电路进行了仿真研究。仿真结果表明,采用锁定放大原理,只要处理好电路中的噪声和滤波的效果就可以得到很高的信噪比。研究了微机械石英陀螺加工制造中涉及到的问题。并结合现有条件,对超声波加工及超声加工石英机理等问题进行了研究。用超声成型加工方法加工出了微机械梳齿石英陀螺基片结构。针对MEMS结构的尺寸微小,共振频率高这一特点,开发研制了MEMS用的多载荷加载台。通过这一多载荷加载台,可以进行基础激励、温度和压力的精确控制,实现不同的真空环境下MEMS的静动态性能测试。同时也据此开展了微机械梳齿石英陀螺的振动模式的研究。
李全锋[6]（2012）在《超快与强磁场扫描隧道显微镜研制》文中提出扫描隧道显微镜（STM）具有极高的空间分辨率,可以用来表征材料表面的局域电子态密度、并与理论相验证,因此在表面科学的诸多领域发挥了独一无二的作用。但当用于在一些极端环境中时,STM仍需要深入的开发和研制。目前,强磁体和强磁场科学与技术得到飞速的发展,并且因为材料内部电子和原子核均具有磁矩,所以当这些材料被放在强磁场中时,将不可避免地要受到作用,显现出一些新的特性（而这些新特性产生的机理通常是不知道的）。因而发展强磁场下面的STM科学研究前景广阔。但目前的STM多数仅能在较低的磁场下工作；且多是在准静态的条件下进行。虽然静态的STM能探测到很多重要的物性信息,但现实环境毕竟很多是动态的、恶劣的（化学反应、材料生长、变温变场等动态现象,以及由这些动态现象引起的环境恶化）。因此,在动态进程中进行原子分辨率成像、甚至非原子分辨率成像,意义均非常重大。因此在导师的指导下,我在博士期间分别对超快速STM（研究动态进程、追踪动态原子,并将恶劣环境的影响减到最小）和强磁场下的STM进行了开发研制。首先,为了极大地提高STM的成像速度,研制出国际上最快速的高清晰原子分辨率STM。我找出了制约传统快速STM成像速度加快的主要问题：①.传统的数据输出、采集方法导致数据采集卡的有效采样率远低于名义采样率,进而难以输出和采集到足够多的数据点（像素）,用于控制扫描器和成像；②.传统的扫描器使用的是多晶压电陶瓷器件,造成扫描器的机械品质因子很低、动态特性很差；③传统的隧道结控制器均是被高压放大器驱动,高压放大器的高电子学噪音会使隧道结的不稳定性增大,影响测量精度。因此,我认真分析这些问题,并提出了解决方案：①.把传统STM的数据输出、采集模式“测完一点后移到下一点”改变为新的模式“盲扫-盲采”,有效采样率大大提高；②.以单晶材料制成的石英音叉（共振频率很高,可以达到24千赫兹甚至更高）作为快速扫描器,取代传统的多晶压电陶瓷,使扫描器的品质因子大大提高,且音叉的结构使介电常数很低的石英具有了较大的形变（振幅）用于扫描样品成像；③采用低电压元器件控制隧道结间距和扫描器,使系统的噪音大大降低、成像质量大大提高。其中“盲扫-盲采”是指：用独立的控制器（信号发生器）激励石英音叉扫描,而数据采集卡仅负责采集扫描电压和隧穿电流数据,在控制器驱动和数据采集之间没有控制程序上的依次等待和切换,因而充分利用了数据采集卡的采集能力。我最终仅使用一个普通的520千赫兹采样率的数据采集卡和不足一元钱的石英音叉就完成了国际上最高成像速度的超越：获得了2.6万行每秒的超快成像速度,且图像中的原子清晰可见。远远超过了以往文献记录中的了1万行每秒的成像速度,甚至也超过了所选用的石英音叉振子系统的共振频率（24千赫兹）,这将十分有利于在很低操作电压下获得较大扫描范围（音叉在共振频率处的振幅最大。）。而且,石英音叉的高性能、廉价、来源广；以及低电压操作的低噪音、低成本,使得我们的实验方法不仅可以获得极高的测试性能、而且具有极高的推广应用价值。该工作已发表于美国物理学会的科学仪器评论上（Rev. Sci. Instrum.82,053705（2011））,并获得同行的高度认可。其次,为了研究材料在强磁场环境中的特性,我还成功开发出了在18特斯拉强磁场下性能优异的STM。在磁感应强度方面与文献记载的原子分辨率成像的最高场齐平,而且还具有很多其它方面的突出性能：①20飞安前放电流分辨（使扫描近绝缘样品成为可能）、②可大范围搜索样品（毫米量级）、③全低电压可工作的系统（噪音小、速度快）、④最强磁场、低温、高真空下的原子分辨率STM。该工作已发表于美国物理学会的科学仪器评论上（Rev. Sci. Instrum.82,053705（2012））,同样获得审稿人的高度好评。为了能够使STM在超高强磁场/强磁体中的性能更优异,我在以下几点做出了突破：①.协助导师设计订制了一款无液氮冷屏的超安静18/20特斯拉超导磁体（4.2K温度时18特斯拉；2.2K温度时20特斯拉,液氦每天的蒸发量为4.8升）。减少了常见超导磁体外杜瓦冷屏中的液氮蒸发引起的磁体震动,净化了STM的测试环境。②.独立设计出了可以插入超导磁体52.8毫米内孔径的插件,并获得了良好的测试效果。设计过程中充分考虑了所用材料的磁导率、热导率、脱气率、加工工艺、硬度等,使其满足强磁场兼容性、低温兼容性、超高真空兼容性、加工工艺的兼容性（再优秀的工件设计,如果加工不出来也是废纸一张）、真空密封的兼容性等。③.与组内的侯玉斌合作,将其设计的10飞安电流分辨率前置放大器成功优化应用于强磁场/强磁体STM中,获得了20飞安的电流分辨率、并在18特斯拉强磁场中测到了清晰的原子分辨率图像。④.与组内王琦合作,开发出了可在低温、强磁场、超高真空环境中“低电压步进”的“双内电极压电陶瓷管”马达,最低工作电压仅9伏、并具有横向的搜索功能。“低电压操作”减少了与强磁场和被采集信号间的干扰,因而降低了信号线内的噪音、提高了仪器的精度。⑤.与组内人员共同设计搭建了一个磁体减震消声装置,包括弹簧、重物的隔振；阻尼橡胶垫的吸震；隔音箱的声波反射；以及多孔海绵尖劈的吸音等,为STM成像测量提供了稳定可靠的外部环境。⑥.熟练掌握了超导磁体维护、升降磁场操作、低温操作、超高真空操作、STM测试操作的每一个细节,在方方面面保证了STM测试系统的协调、优化。最后,我还将我负责的强磁场下面的STM系统,成功优化成为了一个国际首次的三合一组合显微镜系统（SMA）[STM-磁力显微镜（MFM）-原子力显微镜（AFM）]。在镜体和腔体的结构布局、走线等方面进行了与MFM、AFM相兼容的优化设计。18特斯拉强磁场下STM系统的成功完成,为该平台中的其它两个显微镜的顺利完成奠定了良好的基础：①.良好的减震消声环境。STM隧穿电流的作用距离在一纳米以内,与AFM的原子间作用力距离相近,并远小于MFM的长程磁力作用范围（几十纳米）。说明该平台满足AFM的测试环境要求、远好于MFM的测试环境要求。②.低电压步进的压电马达,同时也给AFM和MFM的测量带来了低噪音、高精度的优势。③.为插件系统在强磁场/强磁体中的低温、超高真空、强磁场/强磁体操作积累了丰富的经验,使得MFM与AFM的开发仅需将零场下的系统拿来调试即可。目前,我与组内的施益智共同努力,在半年的时间内成功调试出了10特斯拉国际最高磁场下的高清晰MFM的录像带磁畴图像,观测到磁畴随磁场强度明显的变化,该工作已整理成文章发表,目前正在审稿中。强磁场/磁体下的AFM正在由侯玉斌负责调试过程中,进展顺利。整个SMA组合显微镜状态良好。SMA组合显微镜的的重要性体现在三个显微镜可以优势互补,可以对样品表面的电子态密度、磁畴分布、原子结构等信息进行同时、同位、同环境的测量,对样品物性进行充分的解读。由于音叉扫描器的低温、强磁场、超高真空的兼容性,强磁场下的超快速成像也将在不远的将来成为现实。最终,我以第一作者身份发表两篇归入科大SCI二区的文章,而且两个工作都获得同行和审稿人的高度好评：（1）由于我的超快速STM工作,我的导师获邀在国际最大科技图书出版商之一的Taylor&Francis的新书‘’Fundamentals of Picoscience"（《皮米科学基础》）中撰写一章：Atomic-Resolution Ultrafast Scanning Tunneling Microscopy;（2）我的强磁场下的高性能STM研制工作得到审稿人的评价是："The instrument is certainly cutting edge in the field of scanning probe microscopy "。
贺良国[7]（2013）在《基于同步箝位控制与周期机械波合成的压电马达研究》文中研究说明压电马达广泛应用于航空航天、生物医疗及其它精密仪器等领域,但其仍然存在效率低、磨损严重等问题。为了有效地解决这些问题,提高压电马达的综合性能,使压电马达在力、速度、效率等方面结合得更好,以及提高滑动摩擦耦合型压电马达的使用寿命,论文首次提出一种同步箝位控制与周期机械波合成的压电马达研究方法。论文的主要工作成果和结论如下：目前,电子开关的使用已经相当频繁,但是将机械同步箝位开关应用于压电振子的运动控制从而产生定向位移,这种驱动方式在压电马达领域尚属首例。该控制原理启发于传统电学原件可控硅及其在交流电驱动的直流电机中的应用,类比电学系统和机械系统的相似性,抽象出同步箝位控制压电马达的机械控制系统模型,建立了压电振子的动力学模型。同步箝位控制原理结合了压电超声马达的谐振驱动和尺蠖马达的控制机理两个特点,克服了两者的缺点：压电超声马达工作过程中存在滑动摩擦和尺蠖马达准静态工作频率较低。根据同步箝位控制压电马达的机械控制系统及动力学模型,详细阐述和分析了该类型马达的具体工作过程,并给出了空载和带载两种情况下,压电马达每周期内的速度、位移、箝位时间点以及步距的表达式。理论研究了压电马达的性能与驱动频率、驱动振幅、箝位力等参数之间的关系,同时指出了驱动信号与箝位信号之间的相互协调关系对马达性能的影响。采用有限元仿真分析法确定马达的结构尺寸,研制了马达样机并进行了性能测试与分析。同步箝位控制型压电马达的无负载步距是5μm,负载能力5N。负载是0.5N时速度可达8.2mm/s。当负载是2N时马达的净效率为18.5%,扣除压电振子在空气中无效损耗后,总效率高达72.5%。实验证明该马达具有良好的综合性能,使压电马达在力、速度、效率方面的综合性能得到提高,初步解决滑动摩擦耦合型压电马达使用寿命受限的问题。在任意周期波合成型压电马达的理论研究中,首次提出了基于多级音叉结构的任意周期机械波波形合成方法,波形合成不受阶数和频率比限制,解决了高次谐波匹配阶数受限（已有方法不超过三阶）以及匹配过程复杂的瓶颈问题。系统分析了波形合成的理论基础,研究了波形合成的特点及应用,详细介绍了基于多级音叉频率耦合过程。针对多级音叉本身的特点,结合有限元分析方法设计并研制出三级音叉模型。第一、二、三级音叉的反向共振频率实测值比为1：2.00：2.99,频率耦合的较好。在幅值相同的激振条件下,三个共振模态对应机械品质因数（Q值）分别是5617,4883和3515。基于三级音叉结构,首次合成了近似锯齿波、方波、正弦半波整流和正弦全波整流四种典型谐振波形。对任意周期波合成的具体应用进行了研究。根据惯性冲击式压电马达的运行机理,结合有限元分析研究出了谐振锯齿波驱动型压电马达结构,给出了谐振锯齿波合成结构的具体设计方法,制作了马达样机并进行了性能测试与分析。实验测试了压电振子驱动孔处的位移曲线,很好地验证了理论分析。压电马达的无负载速度是26.2mm/s,最大负载能力是1N,实验证明该马达具有良好的综合性能。
马静[8]（2015）在《聚合物线石英音叉复合温度传感器研究》文中研究表明石英音叉谐振器的谐振频率对音叉臂的质量和刚度的变化极其敏感,基于石英音叉谐振器结构,将敏感聚合物薄膜覆盖在石英音叉臂上或将敏感聚合物线横跨音叉臂两端,可以通过检测石英音叉谐振器的谐振频率变化来反映聚合物薄膜质量的变化或聚合物线刚度的变化,设计出质量敏感型或力敏感型石英音叉传感器,该传感器具有结构紧凑、体积小,分辨力高和稳定性好等特点。聚合物线石英音叉复合温度传感器是将热敏感的聚合物线作为热敏元件附着在石英音叉谐振器的两个音叉臂上,将温度的变化通过聚合物线转变为力的变化施加到音叉臂上,导致石英音叉谐振器谐振频率的变化,属于热/力敏感型压电谐振式传感器。在保持压电谐振式传感器固有的输出信号信噪比高和抗干扰能力强等优点的同时,通过热敏聚合物线提高传感器的灵敏度和响应速度,该传感器可以应用于快速精密测温领域,亦可作为热探测器应用到非接触红外测温领域。本论文以热敏聚合物线与石英音叉复合结构的温度传感器为研究目标,研究了聚合物线石英音叉温度传感器热敏机理;提出了聚合物线与石英音叉复合结构的温度传感器设计方法和制备工艺;完成了传感器特性测试试验,并设计制作出相应的传感器阵列测温系统。论文主要完成以下工作:1.提出了聚合物线石英音叉复合温度传感器的结构,确定了传感器研究的总体方案。2.阐述了聚合物线石英音叉复合温度传感器的工作原理,设计了热敏聚合物线与石英音叉谐振器复合的传感器结构,分析了石英音叉谐振器频率温度特性对传感器性能的影响因素,确定了石英音叉谐振器石英晶体的新切型,通过实验比对方法筛选出高温度灵敏度的聚合物材料,设计了聚合物线石英音叉复合温度传感器的制作工艺流程。3.结合弹性压电理论和有限元仿真分析方法,利用ANSYS有限元软件对聚合物线石英音叉复合谐振器的振动模态、谐响应和结构进行仿真分析。研究了聚合物线与石英音叉复合位置对传感器灵敏度的影响,确定了聚合物线与石英音叉理想的复合位置。4.建立了聚合物线石英音叉复合温度传感器特性测试平台,在-10°C80°C的温度范围内,对聚合物线石英音叉复合温度传感器的特性进行测试,量化了石英音叉谐振频率偏移与温度变化的对应关系。测试结果表明:聚合物线石英音叉复合温度传感器可以实现对环境温度变化的检测,其灵敏度为8.2Hz/°C,非线性误差为0.005%,分辨力为0.003°C,响应时间为1.5s,,置信概率为95%时的重复性为0.006%,同时具有很好的稳定性。5.设计制作出测温传感器阵列,研究了多传感器数据融合技术,研制了阵列传感器信号处理电路,开发了基于LabView平台的上位机应用软件,提高了温度测量的精确性。
佟瑶[9]（2019）在《基于石英增强光声光谱技术的一氧化碳痕量气体检测研究》文中认为一氧化碳（CO）是环境污染物的重要组成部分,同时也是一种无色无味的剧毒气体,它产生于发电、化石燃料或其他含碳燃料的不完全燃烧活动中。环境中的CO能与羟基发生反应,间接加剧全球变暖;医疗中,CO可作判断哮喘、糖尿病等疾病的指标。因此,对于CO的高灵敏度探测在各个方面都具有重要的影响。石英增强光声光谱技术（Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy,QEPAS）是一种基于光声效应的新型气体探测技术,具有成本低、灵敏度高、响应时间快等优点,目前是探测易燃易爆或有毒气体的常用手段。本文以CO位于2330.19nm(4291.5 cm-1)处的气体吸收线为目标谱线,以提高传感器的探测能力和实用性为出发点,采用新型尺寸的石英音叉、3D打印小型化单元、定制的梯度折射率透镜（Gradient index lens,Grin透镜）,对气体传感器进行了优化。在基础理论部分,对气体分子吸收理论进行了简要介绍;对光声光谱的技术原理进行了具体的阐述;对石英音叉的压电效应与物理参数进行了相关的讨论;对共振腔增强原理进行了深入的分析。在仿真计算部分,基于有限元计算方法和COMSOL软件对音叉振动幅度进行了计算,以标准石英音叉和定制小间隙音叉为仿真目标,计算了不同光束位置与共振管长度下的振动幅度。理论仿真计算结果得到两种音叉的最佳参数,在最佳条件下,小间隙音叉的振动幅度大于标准音叉。分别利用标准音叉和小间隙音叉对CO进行了探测,实现对仿真结果的实验验证。首先,搭建基于准直聚焦透镜组实现空间光传输的QEPAS传感器对CO进行探测,并优化实验参数。随后针对传统QEPAS系统中透镜组结构稳定性差、透镜尺寸难以小型化等限制,采用3D打印技术和Grin透镜将系统体积缩小至3.5 cm3,实现CO-QEPAS传感器的小型化。接着,首次开展了基于小间隙音叉的气体探测,最终实现了高灵敏度、小体积的痕量气体检测,且实验结果与仿真结果吻合度良好。本课题提出了基于标准音叉和定制小间隙石英音叉的高灵敏度、小型化CO-QEPAS传感器,可以满足对传感器体积要求较高的探测环境,如瓦斯矿井、医疗诊断等领域,一定程度上提高了传感器的实用性。
胡恒之[10]（2019）在《双解耦微机械陀螺设计、仿真及优化》文中研究说明微机械陀螺是一种测试角速度或角位移的惯性传感器,微机械陀螺基于硅微机械加工技术的特点使得其与传统的机械转子陀螺、光学陀螺相比,体积更小、功耗更低且可靠性高、可批量生产,在军事、消费电子等领域有着广泛的应用前景。本论文以微机械陀螺的双解耦结构为研究对象,通过理论分析,仿真计算、实验测试等手段,从机械结构和电学两个层面对微机械陀螺的正交误差抑制、转动误差抑制、工作模态优化等内容进行了研究。主要工作内容及创新点如下:1)搭建了微机械陀螺结构的有限元仿真模型,在陀螺模态分析仿真的基础上综合了静力学载荷求解分析、刚度非线性屈曲分析方式,为陀螺的结构设计和模态优化提供指导;通过仿真模型对陀螺进行了谐响应分析及动力学时域分析,完善了仿真模型阻尼环境设置,使得模型可以进行陀螺的瞬态冲击仿真、随机噪声振动仿真或频谱特性仿真;使用了 ANSYS多物理场耦合仿真“Multi-physics”模块搭建了陀螺的电学-物理场耦合仿真环境,研究在电学上施加控制信号对陀螺检测模态扭转的抑制情况和正交误差的抑制情况进行分析,该模型为陀螺的结构设计优化和电学上的控制提供理论基础和仿真平台。2)本论文从陀螺的动力学方程和有限元分析两方面出发,分别对研究小组先前使用的非解耦陀螺结构和新型设计的双解耦陀螺结构进行了理论分析和仿真实验,验证了双解耦结构对于检测方向耦合位移的抑制明显优于传统非解耦陀螺结构,有限元仿真实验表明在工作谐振频率和驱动位移近似相等的情况下双解耦结构的检测耦合位移相比非解耦陀螺减小了大约36.67倍。同时对双解耦陀螺结构的驱动及检测梁结构进行了优化处理,通过内外双锚区直梁连接以及耦合梁参数的优化将原本的低频XY平面耦合模态提高到了工作谐振频率7.66倍,Z方向干扰模态较非解耦结构也有了明显的优化,双解耦陀螺性能实测结果与非解耦陀螺相比,驱动谐振频率处耦合位移改善了 103.8倍,检测谐振频率处耦合位移改善了 26.733倍,性能指标的重复性和一致性更佳。另外,本论文对陀螺解耦架构进行了细致的静力学有限元分析,并创新性的提出了一种梯形的解耦合连接结构,这种结构会有效的降低转动应力对检测质量块扭摆的影响,有限元分析结果显示这种新型结构设计将会抑制71.3%的转动误差。更进一步的,进行了 一种双质量块音叉式陀螺的结构设计方案设计,为了消除微机械陀螺的低阶（低频）非工作模态对微机械陀环境适应性和抗冲击能力的影响,在检测方向上引入了中心锚点杠杆结构进行了音叉双解耦结构陀螺的工作模态优化,优化后微机械陀螺的第一模态即为驱动反向工作模态,第二模态即为检测反向工作模态,三阶模态为驱动同向振动模态,与最接近的检测工作模态的固有频率差为1174.8Hz。四阶振动模态为检测同向振动模态,与未进行杠杆结构设计时的同一模态相比,该模态谐振频率被显着拉高,使其远高于工作模态频率,保证了陀螺的最低两阶模态为驱动及检测工作模态,使得陀螺对低频随机振动的抗干扰能力更强。3)提出了一种新型用于栅电容结构的正交抑制电极设计方案,相比于一般的梳齿结构正交抑制电极,其对于检测方向静电刚度完全线性。同时为了进一步抑制双解耦陀螺的转动误差,本论文创新性的提出了一种新型的栅电容结果转动误差抑制电极,并通过ANSYS多物理场耦合仿真“Multi-physics”模块进行了电学-物理场耦合仿真,仿真结果显示通过合适的电极位置设置,可以在抑制电压为4V时实现对于转动误差近似14%的抑制。
二、音叉的材料及加工（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、音叉的材料及加工（论文提纲范文）
（1）石英音叉谐振式温度传感器及关键技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的和意义 |
| 1.2 石英晶体温度传感器技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 厚度切变式石英晶体温度传感器 |
| 1.2.2 石英音叉式温度传感器 |
| 1.2.3 石英音叉式温度传感器设计方法 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 第2章 石英音叉谐振式温度传感器的研究基础 |
| 2.1 压电弹性体的本构关系 |
| 2.1.1 本构方程 |
| 2.1.2 石英晶体的材料参数 |
| 2.1.3 石英晶体的切角 |
| 2.2 压电晶体的弹性力学方程 |
| 2.3 石英传感器敏感元件的机电特性 |
| 2.3.1 石英音叉谐振器的机械特性 |
| 2.3.2 石英音叉谐振器的电气特性 |
| 2.4 石英音叉的结构设计 |
| 2.4.1 石英音叉的弯曲振动模式 |
| 2.4.2 石英音叉压电悬臂梁的动力学方程 |
| 2.4.3 谐振频率的求解 |
| 2.4.4 石英音叉的电极设置与优化 |
| 2.5 传感器的工作原理 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 石英晶体热敏切型设计 |
| 3.1 温度灵敏度的分析和热敏切型 |
| 3.1.1 温度灵敏度分析 |
| 3.1.2 石英音叉热敏切型 |
| 3.2 石英晶体材料特性与热敏切型的关系 |
| 3.2.1 弹性顺度系数与热敏切型的关系 |
| 3.2.2 压电系数与热敏切型的关系 |
| 3.3 晶体频率温度系数与热敏切型的关系 |
| 3.4 石英晶体热敏切型的选择 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 石英音叉谐振器的有限元分析 |
| 4.1 石英音叉压电悬臂梁的有限元方程 |
| 4.1.1 压电悬臂梁的运动力学模型 |
| 4.1.2 压电石英晶体的有限元素 |
| 4.1.3 应变与位移和电场与电势 |
| 4.1.4 压电石英晶体的有限元公式 |
| 4.1.5 动态响应和谐波分析 |
| 4.2 石英音叉谐振器振动模态的有限元分析 |
| 4.2.1 石英音叉谐振器有限元模型的建立 |
| 4.2.2 石英音叉谐振器振动模态分析 |
| 4.2.3 石英音叉谐振器谐响应分析 |
| 4.3 谐振频率分析 |
| 4.4 石英音叉的加工和封装 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 石英音叉谐振式温度传感器的测试与分析 |
| 5.1 石英音叉谐振器的振荡电路 |
| 5.1.1 石英音叉谐振器振荡原理 |
| 5.1.2 石英音叉谐振器的阻抗测试 |
| 5.1.3 石英音叉振荡器电路 |
| 5.2 石英音叉谐振式温度传感器的测试 |
| 5.2.1 传感器测试平台的搭建 |
| 5.2.2 测试结果与分析 |
| 5.2.3 传感器的动态特性 |
| 5.3 石英音叉谐振式温度传感器的频率温度系数 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（2）可用于原子力显微镜的石英音叉结构优化及工艺研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 序 |
| 1.引言 |
| 1.1 课题背景和研究目的及意义 |
| 1.2 原子力显微镜概述 |
| 1.2.1 原子力显微镜工作原理 |
| 1.2.2 针尖与样品间的作用力 |
| 1.2.3 悬臂梁微位移检测方法 |
| 1.2.4 原子力显微镜操作模式 |
| 1.3 本论文的主要研究内容 |
| 2.石英音叉的研究基础 |
| 2.1 石英晶体特性 |
| 2.1.1 石英晶体物理特性 |
| 2.1.2 石英晶体压电效应 |
| 2.2 石英音叉机电特性 |
| 2.2.1 振动模态 |
| 2.2.2 石英音叉电气特性及相关理论推导 |
| 2.3 石英音叉的激发方法 |
| 2.3.1 电激发 |
| 2.3.2 机械激发 |
| 2.3.3 光热激发 |
| 3.石英音叉结构优化 |
| 3.1 有限元法概述 |
| 3.2 ANSYS分析软件简介 |
| 3.3 石英音叉振动模态的有限元分析 |
| 3.3.1 石英音叉有限元分析规律性研究 |
| 3.3.2 石英音叉尺寸确定 |
| 3.4 石英音叉表面电极确定 |
| 3.5 石英基片的版图设计 |
| 3.6 本章小节 |
| 4.石英音叉谐振器的加工工艺 |
| 4.1 基本工艺流程设计 |
| 4.2 石英音叉谐振器的制作 |
| 4.2.1 掩模层的镀制 |
| 4.2.2 光刻工艺的研究 |
| 4.2.3 石英的湿法刻蚀工艺 |
| 4.2.4 表面电极的制作 |
| 4.3 本章小节 |
| 5.总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（3）音叉式微机械陀螺的动力学耦合特性及振动灵敏度研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 微机械陀螺的国内外研究现状及趋势 |
| 1.2.1 线振动陀螺 |
| 1.2.2 偏转振动陀螺 |
| 1.2.3 环形陀螺 |
| 1.3 音叉式微机械陀螺的动力学耦合特性及振动灵敏度研究现状 |
| 1.3.1 音叉式微机械陀螺的正交耦合 |
| 1.3.2 音叉式微机械陀螺的同相-反相耦合 |
| 1.3.3 音叉式微机械陀螺的振动灵敏度 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 第2章 微机械陀螺的基本理论 |
| 2.1 陀螺哥氏效应 |
| 2.2 微机械陀螺的动力学方程 |
| 2.1.1 单质量块微陀螺的动力学方程 |
| 2.1.2 双质量块音叉式微陀螺的动力学方程 |
| 2.1.3 四质量块音叉式微陀螺的动力学方程 |
| 2.3 双质量块音叉式微机械陀螺的正交耦合 |
| 2.4 双质量块音叉式微机械陀螺的同相-反相耦合 |
| 2.5 双质量块音叉式微机械陀螺的模态优化与振动灵敏度 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 音叉式微机械陀螺的正交耦合与解耦研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 正交耦合输出 |
| 3.2.1 正交耦合输出的理论计算 |
| 3.2.2 系统正交耦合刚度的理论计算 |
| 3.3 正交耦合的结构解耦 |
| 3.3.1 弹性梁刚度耦合系数的理论计算 |
| 3.3.2 弹性梁刚度耦合系数的仿真分析与理论对比 |
| 3.4 正交耦合的电学解耦 |
| 3.4.1 正交耦合消除电极 |
| 3.4.2 正交耦合消除策略 |
| 3.4.3 刚度不对称引起的正交耦合输出 |
| 3.4.4 正交耦合电学解耦的仿真分析 |
| 3.4.5 正交耦合电学解耦的实验测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 音叉式微机械陀螺的同相-反相耦合与解耦研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 同相-反相耦合 |
| 4.3 基于同相-反相耦合结构解耦的振动灵敏度研究 |
| 4.3.1 刚度不对称引起的共模振动输出响应 |
| 4.3.2 结构设计 |
| 4.3.3 仿真分析 |
| 4.3.4 仿真与理论对比及实验验证 |
| 4.4 基于同相-反相耦合电学解耦的振动灵敏度研究 |
| 4.4.1 理论模型 |
| 4.4.2 实验研究 |
| 4.4.3 实验研究与理论对比 |
| 4.5 基于同相-反相耦合电学解耦的品质因数研究 |
| 4.5.1 理想音叉式结构品质因数的理论模型 |
| 4.5.2 非理想音叉式结构反相模态品质因数的理论模型 |
| 4.5.3 实验研究与理论对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 锚点耦合式音叉微陀螺的模态优化与振动灵敏度研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 锚点环形梁耦合式音叉微陀螺 |
| 5.2.1 结构设计与模态优化 |
| 5.2.2 共模振动输出理论模型 |
| 5.2.3 仿真分析 |
| 5.2.4 仿真与理论对比 |
| 5.3 锚点菱形梁耦合式音叉微陀螺 |
| 5.3.1 结构设计与模态优化 |
| 5.3.2 仿真分析 |
| 5.3.3 仿真与理论对比 |
| 5.4 不同耦合形式的音叉式微陀螺振动灵敏度对比 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 锚点杠杆梁耦合式音叉微陀螺的设计与加工 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 结构设计 |
| 6.2.1 整体设计 |
| 6.2.2 仿真计算 |
| 6.2.3 电极设计 |
| 6.3 动力学分析 |
| 6.3.1 理想结构的动力学分析 |
| 6.3.2 非理想结构的动力学分析 |
| 6.4 加工与封装 |
| 6.4.1 微机械陀螺的加工流程 |
| 6.4.2 版图设计 |
| 6.4.3 微机械陀螺的气密性封装 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 音叉式微机械陀螺的数字化控制电路设计与测试 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 数字化控制电路 |
| 7.2.1 控制电路总体方案 |
| 7.2.2 CORDIC算法与LMS算法 |
| 7.2.3 驱动电路和检测电路 |
| 7.3 音叉式微机械陀螺的性能测试 |
| 7.3.1 频响特性测试 |
| 7.3.2 动态性能测试 |
| 7.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 本文总结 |
| 本文创新点 |
| 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）非线性微机械振荡器中的同步及应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 非线性微机械振荡器 |
| 1.2 同步现象 |
| 1.2.1 定义 |
| 1.2.2 经典模型回顾 |
| 1.2.3 藏本模型 |
| 1.2.4 特点 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 微机械振荡器的发展 |
| 1.3.2 同步振荡器的研究 |
| 1.4 选题目的与意义 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 2 非线性微机械振荡器模型与测试 |
| 2.1 非线性微机械振荡器模型 |
| 2.1.1 微机械谐振器 |
| 2.1.2 非线性振荡 |
| 2.2 器件结构及加工 |
| 2.2.1 微谐振梁 |
| 2.2.2 SOI制造工艺 |
| 2.3 电学测试 |
| 2.3.1 静电驱动动力学分析 |
| 2.3.2 静电检测 |
| 2.3.3 压阻检测 |
| 2.3.4 去除寄生电容 |
| 2.3.5 自激振荡 |
| 2.4 小结 |
| 3 非线性微机械振荡器与外激信号同步 |
| 3.1 动力学模型 |
| 3.2 同步区间 |
| 3.2.1 非线性的影响 |
| 3.2.2 同步扰动信号的影响 |
| 3.2.3 相位延迟的影响 |
| 3.3 频率稳定性及相位噪声 |
| 3.3.1 同步扰动信号影响 |
| 3.3.2 相位延迟的影响 |
| 3.4 同步振幅 |
| 3.4.1 线性情况 |
| 3.4.2 非线性情况 |
| 3.5 高阶同步 |
| 3.5.1 次谐同步 |
| 3.5.2 超谐同步 |
| 3.6 小结 |
| 4 多个非线性微机械振荡器间的同步 |
| 4.1 耦合同步模型 |
| 4.1.1 耦合方式 |
| 4.1.2 力学模型 |
| 4.2 高阶静电耦合同步 |
| 4.2.1 高阶同步观测 |
| 4.2.2 结果与讨论 |
| 4.3 互同步时的幅频关系 |
| 4.3.1 1:1的情况 |
| 4.3.2 1:3的情况 |
| 4.4 小结 |
| 5 同步放大应用于谐振式传感 |
| 5.1 谐振式敏感机理和同步放大原理 |
| 5.1.1 谐振式敏感机理 |
| 5.1.2 同步放大原理 |
| 5.2 轴向力敏感同步放大音叉静电计 |
| 5.2.1 静电计简介 |
| 5.2.2 谐振器开环性能表征 |
| 5.2.3 静电计闭环性能测试 |
| 5.2.4 同步现象的观测 |
| 5.2.5 同步对静电计性能的提升 |
| 5.2.6 结果与讨论 |
| 5.3 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
| 附录A Matlab代码 |
| A.1 自激振荡数值计算 |
| A.2 去除寄生信号 |
（5）微机械石英陀螺敏感元件的设计与制造研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 MEMS 概述 |
| 1.2 微惯性技术及微机械石英陀螺的发展 |
| 1.3 微机械石英陀螺设计方法 |
| 1.4 课题的来源、目的、意义及论文结构 |
| 2 微机械石英陀螺的研究基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 石英材料的物理性能 |
| 2.3 微机械石英陀螺的动力学基础 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于公理设计理论的微机械石英陀螺的设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 公理设计理论 |
| 3.3 柯氏振动陀螺的公理设计 |
| 3.4 微机械石英陀螺中的振动敏感元件的分析与创新 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 微机械梳齿石英陀螺有限元分析及集总参数模型研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微机械梳齿石英陀螺的模态分析 |
| 4.3 微机械梳齿石英陀螺的集总模型研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 微机械石英陀螺相关电路研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 驱动信号的实现 |
| 5.3 感测信号的检测 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 微机械石英陀螺加工制造 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 石英陀螺的基本制作方法 |
| 6.3 微机械梳齿石英陀螺中的石英基片的超声加工 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 MEMS 用加载台研制及微机械梳齿石英陀螺振动模式研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 MEMS 动态特性频闪干涉视觉三维测量技术及系统 |
| 7.3 基础振动激励及多载荷加载台 |
| 7.4 微机械梳齿石英陀螺的振动模式计算与测试 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 全文总结与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录 |
| 附录2 攻读博士学位期间申请的专利 |
（6）超快与强磁场扫描隧道显微镜研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 扫描探针显微镜简介 |
| 1.1 简介 |
| 1.2 扫描隧道显微镜 |
| 1.2.1 量子力学原理 |
| 1.2.2 扫描隧道显微镜的实现 |
| 1.3 原子力显微镜 |
| 1.3.1 原子力显微镜的产生 |
| 1.3.2 原子力测量方法 |
| 1.3.3 调频模式原子力测量 |
| 1.3.4 原子分辨率原子力显微镜的难点 |
| 1.4 磁力显微镜 |
| 1.5 压电步进马达 |
| 1.6 减震消声系统简介 |
| 1.6.1 减震系统简介 |
| 1.6.2 消声系统简介 |
| 1.7 微弱信号放大电路 |
| 1.7.1 回顾 |
| 1.7.2 自主开发研制的微弱信号放大器 |
| 1.8 电磁屏蔽系统 |
| 1.9 数据输出与采集系统 |
| 1.10 扫描探针显微镜镜体设计 |
| 1.10.1 微弱信号放大电路加工制作注意事项 |
| 1.10.2 机械加工注意事项 |
| 1.11 强磁场环境下的注意事项 |
| 第二章 自制超快速扫描隧道显微镜 |
| 2.1 简介 |
| 2.2 机械设计 |
| 2.2.1 快速扫描器的选择 |
| 2.2.2 镜体的设计 |
| 2.2.3 粗逼近方式 |
| 2.3 减震消声设计 |
| 2.3.1 减震的具体方法 |
| 2.3.2 搭建减震平台的原则 |
| 2.3.3 消声措施 |
| 2.4 探针和样品制备 |
| 2.4.1 手剪铂铱针 |
| 2.4.2 电化学腐蚀探针 |
| 2.4.3 样品 |
| 2.5 显微镜的控制 |
| 2.6 电路设计 |
| 2.7 实验结果 |
| 2.7.1 传统逐点扫描法数据 |
| 2.7.2 “盲扫盲采”法实验数据 |
| 2.7.3 26千赫兹扫描速度图像 |
| 2.8 讨论 |
| 2.8.1 快速扫描图像的尺寸 |
| 2.8.2 快速扫描图像的边缘畸变 |
| 2.8.3 快速扫描图像的像素 |
| 2.8.4 慢速扫描轴 |
| 2.8.5 前置放大电路的带宽 |
| 2.9 结论 |
| 第三章 超强磁场下的扫描隧道显微镜研制 |
| 3.1 简介 |
| 3.2 强磁体和强磁场简介 |
| 3.2.1 强磁场下扫描探针显微镜的难点 |
| 3.2.2 特殊设计的超导磁体及使用方法 |
| 3.2.3 磁体的性能及励磁 |
| 3.3 强磁体中超高真空腔体的设计与使用 |
| 3.3.1 超高真空腔体设计 |
| 3.3.2 STM镜体设计 |
| 3.3.3 腔体内部的走线 |
| 3.3.4 腔体的使用 |
| 3.3.5 强磁体外真空夹层及超高真空腔体的操作 |
| 3.4 超导磁体的减震消声措施 |
| 3.5 低温强磁场下的低压马达设计 |
| 3.6 前置放大电路的设计与性能 |
| 3.7 实验结果 |
| 3.7.1 20飞安电流分辨率 |
| 3.7.2 18特斯拉强磁场下的扫描隧道显微镜图像 |
| 3.8 讨论 |
| 3.8.1 20特斯拉强磁场下的扫描隧道显微镜 |
| 3.8.2 内电极四分割压电陶瓷管的开发与应用 |
| 3.9 系统功能的延伸 |
| 3.9.1 强磁场下的磁力显微镜 |
| 3.9.2 强磁场下的原子力显微镜 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 在读期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（7）基于同步箝位控制与周期机械波合成的压电马达研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 图表目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 压电马达发展历程 |
| 1.2.1 国外压电马达发展状况 |
| 1.2.2 国内压电马达发展状况 |
| 1.3 压电马达的特点及应用 |
| 1.3.1 压电马达的特点 |
| 1.3.2 压电马达的应用 |
| 1.4 压电马达分类 |
| 1.4.1 压电准静态马达 |
| 1.4.2 压电超声马达 |
| 1.5 论文研究的目的和创新之处 |
| 1.6 论文研究内容和结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 同步箝位控制压电马达原理分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压电物理基础 |
| 2.1.1 压电效应 |
| 2.1.2 线性压电方程 |
| 2.3 同步箝位控制思想出处 |
| 2.4 同步箝位控制驱动原理 |
| 2.4.1. 驱动过程 |
| 2.4.2. 箝位过程 |
| 2.4.3. 驱动和箝位的动作时序关系 |
| 2.5 可预期优点 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 同步箝位控制压电马达的设计及测试分析 |
| 3.1 同步箝位控制压电马达结构分析与设计 |
| 3.1.1 压电振子的设计 |
| 3.1.2 箝位开关设计 |
| 3.1.3 辅助结构设计 |
| 3.1.4 制造与装配 |
| 3.2 同步箝位控制压电马达的测试与分析讨论 |
| 3.2.1 压电振子的动态特性 |
| 3.2.2 箝位开关的动态特性 |
| 3.2.3 马达的无负载步进运动特性 |
| 3.2.4 马达的负载特性 |
| 3.2.5 马达的效率 |
| 3.2.6 实验讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 周期机械振动合成 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 波形合成理论基础 |
| 4.2.1 常见典型波形的傅里叶变换 |
| 4.2.2 常见波形频率匹配关系及拟合效果 |
| 4.3 波形合成特点及应用研究 |
| 4.3.1 波形合成的特点 |
| 4.3.2 波形合成在探针扫描及检测中的应用 |
| 4.3.3 波形合成在压电驱动器中的应用 |
| 4.3.4 现有波形合成方法 |
| 4.4 任意周期波形合成 |
| 4.4.1 多级音叉特性分析 |
| 4.4.2 多级音叉频率匹配 |
| 4.4.3 多级音叉结构设计 |
| 4.4.4 多级音叉动态特性 |
| 4.4.5 典型波形的合成 |
| 4.5. 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于谐振锯齿波驱动的压电马达研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 谐振锯齿波驱动型压电马达工作原理 |
| 5.3 谐振锯齿波驱动型压电马达的设计 |
| 5.3.1 压电振子的结构设计 |
| 5.3.2 压电振子的ANSYS分析 |
| 5.3.3 马达整体结构设计 |
| 5.3.4 马达的制造与装配 |
| 5.4 马达的性能测试 |
| 5.4.1 压电振子的动态特性 |
| 5.4.2 压电振子的近似锯齿波位移合成 |
| 5.4.3 直线驱动实验和结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 工作总结及展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
（8）聚合物线石英音叉复合温度传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的和意义 |
| 1.2 聚合物石英音叉复合传感器国内外研究现状 |
| 1.3 石英温度传感器国内外研究现状 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第2章 聚合物线石英音叉复合温度传感器工作原理 |
| 2.1 聚合物石英音叉复合传感器的敏感机理 |
| 2.1.1 石英音叉 |
| 2.1.2 聚合物石英音叉复合方法 |
| 2.1.3 聚合物线石英音叉复合温度传感器的频率偏移 |
| 2.1.4 聚合物线石英音叉复合温度传感器的温度应力 |
| 2.2 石英音叉谐振器设计 |
| 2.2.1 振动模式选择 |
| 2.2.2 石英音叉谐振频率 |
| 2.2.3 非热敏晶体切角设计 |
| 2.2.4 石英音叉的电极设置 |
| 2.2.5 石英音叉谐振频率的热漂移 |
| 2.2.6 石英音叉的电气特性 |
| 2.3 聚合物线石英音叉复合传感器的制作 |
| 2.3.1 传感器的结构 |
| 2.3.2 热敏聚合物材料的选择 |
| 2.3.3 传感器的制作工艺 |
| 2.4 频率信号的测量方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 聚合物线石英音叉复合结构的有限元仿真 |
| 3.1 石英晶体与压电方程 |
| 3.1.1 石英晶体 |
| 3.1.2 压电方程 |
| 3.2 聚合物线石英音叉谐振器的有限元仿真 |
| 3.2.1 石英压电晶体有限元方程 |
| 3.2.2 石英音叉的有限元模型 |
| 3.2.3 聚合物线石英音叉的模态分析 |
| 3.2.4 石英音叉谐振器谐响应分析 |
| 3.3 聚合物线位置分析设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 聚合物线石英音叉复合温度传感器特性测试 |
| 4.1 测量电路的设计与分析 |
| 4.2 聚合物线石英音叉温度传感器特性测试平台 |
| 4.3 聚合物线石英音叉温度传感器静态特性 |
| 4.3.1 灵敏度测试 |
| 4.3.2 迟滞和线性度分析 |
| 4.3.3 重复性和分辨力 |
| 4.3.4 稳定性测试 |
| 4.4 聚合物线石英音叉复合温度传感器动态特性 |
| 4.5 测试结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 聚合物线石英音叉复合温度传感器阵列测温 |
| 5.1 传感器阵列 |
| 5.2 数据融合算法研究 |
| 5.2.1 自适应加权数据融合算法 |
| 5.2.2 估计方法 |
| 5.2.3 数据的实时处理 |
| 5.3 传感器阵列测温系统设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（9）基于石英增强光声光谱技术的一氧化碳痕量气体检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 痕量气体检测技术 |
| 1.3 国内外进展及分析 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.3.3 国内外研究进展简析 |
| 1.4 本课题研究的主要内容 |
| 第2章 石英增强光声光谱基本理论 |
| 2.1 气体分子吸收基本理论 |
| 2.2 光声光谱原理 |
| 2.2.1 光声效应 |
| 2.2.2 光声光谱技术 |
| 2.3 石英增强光声光谱技术 |
| 2.3.1 压电效应 |
| 2.3.2 石英音叉 |
| 2.3.3 石英增强光声光谱技术 |
| 2.3.4 共振管增强原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 石英音叉振动幅度的仿真计算 |
| 3.1 有限元方法 |
| 3.2 石英音叉模型的建立 |
| 3.2.1 声探测系统的仿真优化理论 |
| 3.2.2 基于石英音叉的光声探测器模型建立 |
| 3.3 音叉振动幅度计算结果 |
| 3.3.1 不同光束位置下音叉振动幅度的计算 |
| 3.3.2 不同共振管长度下音叉振动幅度的计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于标准音叉的CO-QEPAS传感器研究 |
| 4.1 基于2.3μm半导体激光器的CO-QEPAS传感器 |
| 4.1.1 CO谱线选择 |
| 4.1.2 基于2.3μm半导体激光器的CO-QEPAS实验装置 |
| 4.2 基于标准音叉的小型化全光纤CO-QEPAS传感器研究 |
| 4.2.1 梯度折射率透镜 |
| 4.2.2 3D打印小型化气室 |
| 4.2.3 基于标准音叉小型化全光纤CO-QEPAS传感器研究结果.. |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 基于小间隙音叉的CO-QEPAS传感器研究 |
| 5.1 小间隙音叉介绍 |
| 5.2基于小间隙音叉的H2O-QEPAS探测实验 |
| 5.3 基于小间隙音叉的CO-QEPAS传感器 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
（10）双解耦微机械陀螺设计、仿真及优化（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1. 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 单质量块微机械陀螺解耦结构研究 |
| 1.2.2 多质量块微机械陀螺结构研究 |
| 1.2.3 环形陀螺及体声波陀螺结构研究 |
| 1.2.4 接口电路设计 |
| 1.3 微机械陀螺基本理论 |
| 1.3.1 科氏效应 |
| 1.3.2 模态响应 |
| 1.3.3 驱动与检测技术 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 2 微机械结构有限元仿真环境的搭建与应用 |
| 2.1 介绍 |
| 2.2. ANSYS静力学分析 |
| 2.2.1 微机械结构模型搭建 |
| 2.2.2 载荷施加及求解 |
| 2.2.3 后处理器结果检测 |
| 2.3 加速度计结构非线性检测 |
| 2.4 加速度计结构温度场仿真 |
| 2.5 微机械陀螺模态仿真 |
| 2.6 MEMS陀螺模型谐响应分析及动力学时域相应分析 |
| 2.7 静电-弹性耦合场模型的仿真 |
| 2.8 小结 |
| 3 双解耦微机械陀螺结构设计及优化 |
| 3.1 浙江大学微机械陀螺设计 |
| 3.2 微机械陀螺的动力学方程 |
| 3.2.1 传统非解耦陀螺动力学方程 |
| 3.2.2 双解耦陀螺动力学方程 |
| 3.3 双解耦微机械陀螺有限元模型搭建与模态优化 |
| 3.4 非解耦与双解耦陀螺结构有限元仿真对比 |
| 3.5 非解耦与双解耦陀螺结构性能重复性测试 |
| 3.6 双解耦微机电陀螺的转动误差抑制 |
| 3.7 音叉双解耦陀螺结构设计、模态仿真及优化 |
| 3.7.1 音叉双解耦陀螺结构驱动杠杆结构设计 |
| 3.7.2 音叉双解耦陀螺结构检测杠杆结构设计 |
| 3.8 小结 |
| 4 新型栅电极结构设计 |
| 4.1 栅结构正交抑制电极设计 |
| 4.2 双解耦陀螺转动误差抑制电极设计 |
| 4.3 小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
四、音叉的材料及加工（论文参考文献）
- [1]石英音叉谐振式温度传感器及关键技术的研究[D]. 徐军. 哈尔滨理工大学, 2014(02)
- [2]可用于原子力显微镜的石英音叉结构优化及工艺研究[D]. 张明烨. 北京交通大学, 2020
- [3]音叉式微机械陀螺的动力学耦合特性及振动灵敏度研究[D]. 管延伟. 北京理工大学, 2017
- [4]非线性微机械振荡器中的同步及应用[D]. 浦东. 浙江大学, 2019(02)
- [5]微机械石英陀螺敏感元件的设计与制造研究[D]. 施阳和. 华中科技大学, 2008(12)
- [6]超快与强磁场扫描隧道显微镜研制[D]. 李全锋. 中国科学技术大学, 2012(01)
- [7]基于同步箝位控制与周期机械波合成的压电马达研究[D]. 贺良国. 中国科学技术大学, 2013(10)
- [8]聚合物线石英音叉复合温度传感器研究[D]. 马静. 哈尔滨理工大学, 2015(06)
- [9]基于石英增强光声光谱技术的一氧化碳痕量气体检测研究[D]. 佟瑶. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [10]双解耦微机械陀螺设计、仿真及优化[D]. 胡恒之. 浙江大学, 2019(04)