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探空湿度传感器太阳辐射误差理论修正与实验验证
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作者 张加宏 沙秩生 +2 位作者 王立 刘清惓 李敏 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1182-1189,共8页
为了修正太阳辐射对探空湿度测量的影响,首先分析研究了太阳辐射引起湿度测量误差的机理,然后采用计算流体动力学方法(CFD,Computational Fluid Dynamics)进行仿真模拟,并设计与构建了硬件电路和实验验证平台。计算流体动力学仿真结果表... 为了修正太阳辐射对探空湿度测量的影响,首先分析研究了太阳辐射引起湿度测量误差的机理,然后采用计算流体动力学方法(CFD,Computational Fluid Dynamics)进行仿真模拟,并设计与构建了硬件电路和实验验证平台。计算流体动力学仿真结果表明:海拔高度、太阳辐射强度以及太阳高度角等三个因素对湿敏电阻的升温量产生正相关影响,升温量可达5℃,引起的湿度测量相对误差约20%。实验测试发现太阳辐射导致湿度测量出现偏干误差,且温度升温量越大、湿度测量的太阳辐射偏干误差越显著,这与理论计算结果一致,表明CFD理论模拟可以用于探空湿度测量太阳辐射误差修正。 展开更多
关键词 太阳辐射 计算流体动力学 探空湿度传感器 误差修正
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基于电容等效模型的路面覆盖物检测系统研究
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作者 周家涛 李敏 +2 位作者 沙秩生 张加宏 曹越洋 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第6期51-64,共14页
针对传统电容式路面覆盖物检测方法在低温下辨识能力弱、区分度不高的问题,基于电容器的串联等效模型,从电介质极化原理出发,研究了电容器和覆盖物存在的介电损耗和弛豫现象,分析了覆盖物和检测频率对电容器等效串联电容和等效串联电阻... 针对传统电容式路面覆盖物检测方法在低温下辨识能力弱、区分度不高的问题,基于电容器的串联等效模型,从电介质极化原理出发,研究了电容器和覆盖物存在的介电损耗和弛豫现象,分析了覆盖物和检测频率对电容器等效串联电容和等效串联电阻的影响,设计并搭建了电容器高通滤波电路,通过比较高通滤波电路输出与输入信号的幅度衰减比和相位偏移,间接测量电容器等效串联电容和等效串联电阻的变化,实现覆盖物类型的识别。在恒温箱中进行样本测试,实验结果表明,当温度在10℃~60℃时,干燥时的相位差大于30°,衰减比例小于0.8;积水时的相位差在10°以内,衰减比例接近1。当温度在-30℃~0℃时,干燥、结冰和积雪时的衰减比例存在交叉。相位差随着温度缓慢变化,干燥时平均相位差大于40°,结冰时平均相位差小于30°,而积雪时的平均相位差介于二者之间。利用温度、相位差和衰减比例构建神经网络分类模型,部署到单片机后进行实测。实测数据表明在0℃~60℃之间,干燥和积水的区分准确率达到95%;在-30℃~0℃之间,干燥、结冰和积雪的区分准确率达到83%,能够满足路面覆盖物检测的需求。 展开更多
关键词 电容器 覆盖物检测 相位差 衰减比
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高精度光散射气溶胶质量浓度测量系统的信号处理研究 被引量:10
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作者 张加宏 韦圆圆 +5 位作者 顾芳 冒晓莉 沈雷 包志伟 汪程 吴佳伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期536-544,共9页
气溶胶质量浓度是评价大气环境变化的关键参数,光散射法是测量该参数的有效方法。但现有反演模型多采用散射光信号积分量反演质量浓度,导致颗粒物细化信息丢失,且未考虑颗粒形貌因素。针对上述问题,本文提出了一种采用散射光信号幅度分... 气溶胶质量浓度是评价大气环境变化的关键参数,光散射法是测量该参数的有效方法。但现有反演模型多采用散射光信号积分量反演质量浓度,导致颗粒物细化信息丢失,且未考虑颗粒形貌因素。针对上述问题,本文提出了一种采用散射光信号幅度分布反演气溶胶质量浓度的分形模型,充分利用了颗粒散射光的信号幅度信息与数目信息,有效提高了反演精度。实验结果表明:对于烟尘和空气样品,分形模型质量浓度反演值与实际测量值吻合,拟合直线斜率与1的绝对差为0.034和0.016,相关系数高于0.999,实验平均相对误差均小于7.7%,而电压积分量反演的质量浓度平均相对误差则在18.7%以内。该研究为光散射法应用于在线监测气溶胶质量浓度提供了一种新的精确反演方法。 展开更多
关键词 光散射 气溶胶质量浓度 信号幅度分布 分形 积分信号
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基于CFD和BP神经网络的超声测风仪阴影效应补偿研究 被引量:6
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作者 张加宏 孙林峰 +2 位作者 李敏 冒晓莉 葛益娴 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1201-1210,共10页
风速风向是气象观测的关键性参数,阴影效应对超声测风仪测量风速风向有显著影响。为了消除不同风速风向和温度条件下阴影效应导致的测量误差,结合超声波时差法测风原理提出了一种基于计算流体力学(CFD)仿真和反向传播(BP)神经网络数据... 风速风向是气象观测的关键性参数,阴影效应对超声测风仪测量风速风向有显著影响。为了消除不同风速风向和温度条件下阴影效应导致的测量误差,结合超声波时差法测风原理提出了一种基于计算流体力学(CFD)仿真和反向传播(BP)神经网络数据处理的阴影效应补偿方法。首先通过CFD仿真软件Fluent对超声测风仪的风场进行模拟分析,获取了受阴影效应影响的风速、风向以及温度样本数据,然后利用这些样本从减小相对误差方面对BP神经网络算法在超声测风仪中应用的性能进行了研究与分析,最后利用超声测风仪风洞实验的测量数据对本文的阴影效应补偿方法的准确性进行了验证。研究结果表明:通过基于CFD和BP神经网络的预测模型对阴影效应进行修正后,测试系统风速风向的测量精度有显著的提升,可满足高精度超声测风的测量需求。本文的研究结果对于高精度超声测风仪的研制有一定的参考价值。 展开更多
关键词 超声测风仪 阴影效应 CFD仿真 BP神经网络 数据融合补偿 实验验证
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基于ARM的远程室内环境监测与调控系统设计 被引量:10
5
作者 张加宏 潘周光 +2 位作者 刘进 李敏 顾芳 《现代电子技术》 北大核心 2017年第2期12-15,20,共5页
为了准确便携地测量室内温度、相对湿度、气压、二氧化碳浓度、甲醛浓度与可吸入气溶胶颗粒浓度,设计并实现了一种远程室内环境监测系统。该智能系统采用STM32单片机作为主控制器来处理和发送数据。针对室内环境因素的特点,分别选取稳... 为了准确便携地测量室内温度、相对湿度、气压、二氧化碳浓度、甲醛浓度与可吸入气溶胶颗粒浓度,设计并实现了一种远程室内环境监测系统。该智能系统采用STM32单片机作为主控制器来处理和发送数据。针对室内环境因素的特点,分别选取稳定性强、灵敏度高、低功耗的传感器进行实时测量,并配有LCD模块显示当前数值,同时将数据存入SD卡。在户外的情况下,系统通过GSM模块发送短信及时通知用户室内环境情况,用户可以回复已设定好的数字信息实现对智能设备的远程操控。经实际应用,该智能化室内环境监测与调控系统的测量精度达到普通环境监测要求,稳定性好,具有很强的实用价值。 展开更多
关键词 STM32 显示模块 GSM模块 传感器 智能设备
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非色散红外CO_(2)气体传感器的抗温湿度干扰设计 被引量:16
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作者 张加宏 朱涵 +2 位作者 顾芳 刘清惓 裴昱 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2022年第7期160-169,共10页
为了抑制环境温湿度对非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器测量精度的严重干扰,从硬件补偿的角度出发,为其设计了低湿控制模块与恒温控制模块。采用由聚偏氟乙烯(PVDF)疏水滤膜与3A分子筛构造的气体干燥管过滤CO_(2)气体中的水份实现气室... 为了抑制环境温湿度对非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器测量精度的严重干扰,从硬件补偿的角度出发,为其设计了低湿控制模块与恒温控制模块。采用由聚偏氟乙烯(PVDF)疏水滤膜与3A分子筛构造的气体干燥管过滤CO_(2)气体中的水份实现气室降湿,同时采用增量式比例-积分-微分(PID)算法调节包裹在光学气室外的加热片的功率,达到恒温效果。研究分析了温湿度对气体浓度测量精度的影响,对低湿恒温抗干扰设计进行了测试和验证。实验结果表明,基于气体干燥管的低湿控制模块能够将CO_(2)气体的湿度降低到8%左右,而恒温控制模块能够将气室温度稳定在40℃。在复杂温湿度环境下,0~2000×10^(-6)气体浓度范围内,具有抗温湿度干扰设计的CO_(2)气体传感器的浓度测量平均相对误差为8.38%,显著减小了检测系统的温湿度漂移,研究结果对于研制高性能的NDIR气体传感器有参考价值。 展开更多
关键词 非色散红外 CO_(2)气体传感器 恒温模块 低湿模块 抗干扰设计
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基于阵列测量与数据融合的高精度硅压阻式气压变送器的研制 被引量:5
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作者 张加宏 杨敏 +5 位作者 顾芳 李敏 葛益娴 张月香 沈雷 包志伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期826-833,共8页
气压是评价大气环境变化的关键性参数。为提高传统硅压阻式气压测量系统的精度,研究并实现了一种基于MEMS气压传感器阵列式测量和粒子群优化(PSO)反向传播(BP)神经网络数据融合处理的高精度数字气压变送器,给出了相应的硬件结构和... 气压是评价大气环境变化的关键性参数。为提高传统硅压阻式气压测量系统的精度,研究并实现了一种基于MEMS气压传感器阵列式测量和粒子群优化(PSO)反向传播(BP)神经网络数据融合处理的高精度数字气压变送器,给出了相应的硬件结构和软件设计,并通过STM32平台对μC/OS-Ⅱ与μC/GUI进行了整合移植和显示优化。结合实验测量数据,从非线性误差、迟滞误差、重复性误差及其整体精度等方面对PSO-BP神经网络算法在硅压阻式气压测量系统中应用的性能进行了研究与分析。研究结果表明,在-20℃-60℃的温度范围内,本文研制的低成本嵌入式硅压阻气压变送器的整体测量精度约为±0.095%FS,基本满足大气探测应用的要求。 展开更多
关键词 气压变送器 高精度 阵列测量 粒子群优化算法 反向传播神经网络 μC/OS-Ⅱ与μC/GUI
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补偿型双阱变掺杂SOI LDMOS器件
8
作者 李旭泓 孙与飏 +1 位作者 刘腾 张加宏 《半导体技术》 北大核心 2025年第10期995-1000,共6页
传统对绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的优化主要集中在关态下电离电荷场优化。而实际工作过程中,开态下的载流子会破坏漂移区的电荷平衡,从而直接影响器件的安全工作区(SOA)和可靠性。提出了载流子的动态电荷... 传统对绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的优化主要集中在关态下电离电荷场优化。而实际工作过程中,开态下的载流子会破坏漂移区的电荷平衡,从而直接影响器件的安全工作区(SOA)和可靠性。提出了载流子的动态电荷场调制机理,分析其对器件表面电场的调制作用。基于该机理,设计了一种补偿型双阱变掺杂SOI LDMOS器件结构。通过在传统器件中引入双阱变掺杂技术,优化了器件表面电场,并显著扩展了SOA。进一步采用兼容工艺制备了高压CMOS器件。实验结果显示,n型LDMOS器件关态击穿电压(V_(B))>300 V,栅压15 V下的开态V_(B)>200 V;p型LDMOS器件关态V_(B)>200 V,栅压-15 V下的开态V_(B)>300 V。该器件在关态和开态下的V_(B)均可满足200 V应用需求,适用于宽SOA。 展开更多
关键词 绝缘体上硅(SOI) 横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS) 电荷场调制 宽安全工作区(SOA) 载流子电荷
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基于SOIBCD工艺的高灵敏度纵向集成型霍尔器件研究
9
作者 孙与飏 李沂宸 +1 位作者 郑贵强 张加宏 《传感技术学报》 北大核心 2025年第10期1727-1733,共7页
基于三维仿真,提出了一种基于SOIBCD工艺的高灵敏度纵向集成型霍尔器件,通过增加浅P阱隔离结构和深槽插指结构(DTFs)优化电流路径分布,抑制短路效应并提高纵向电流比例,从而提高器件的灵敏度。测试结果表明:新结构的灵敏度为464V/AT,相... 基于三维仿真,提出了一种基于SOIBCD工艺的高灵敏度纵向集成型霍尔器件,通过增加浅P阱隔离结构和深槽插指结构(DTFs)优化电流路径分布,抑制短路效应并提高纵向电流比例,从而提高器件的灵敏度。测试结果表明:新结构的灵敏度为464V/AT,相比传统结构提升了102%,器件初始失调电压为0.64mV,输入电阻为14kΩ,在298K~398K温度范围内,电阻的一阶温漂为8500×10^(-6)/K,表现出良好的稳定性。该器件的制备工艺与现有SOIBCD工艺兼容,可以实现全集成、高精度磁场检测芯片的制备。 展开更多
关键词 纵向霍尔器件 全集成 深槽插指 绝缘体上硅 BCD
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BaHf0.5Ti0.5O3电子结构与光学性质的第一性原理研究 被引量:6
10
作者 张加宏 刘清惓 +1 位作者 顾芳 李敏 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1097-1102,共6页
基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法研究了BaHf_(0.5)Ti_(0.5)O_3的电子结构和光学性质.计算结果表明,BaHf_(0.5)Ti_(0.5)O_3是一种间接带隙半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要... 基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法研究了BaHf_(0.5)Ti_(0.5)O_3的电子结构和光学性质.计算结果表明,BaHf_(0.5)Ti_(0.5)O_3是一种间接带隙半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×10~5cm^(-1),且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24 eV处.研究结果为BaHf_(0.5)Ti_(0.5)O_3光电材料设计与应用提供了理论依据. 展开更多
关键词 BaHf0 5Ti0 5O3 第一性原理 电子结构 光学性质
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GA-BP神经网络在气压式相对高度计中的应用研究 被引量:4
11
作者 张加宏 付洋 +4 位作者 葛益娴 顾芳 姚佳慧 黄秦 李猛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1002-1008,共7页
为了提高相对高度测量的精确性,研究并实现了一种基于气压传感器阵列式测量和遗传算法(GA)优化反向传播(BP)神经网络数据融合处理的高精度气压式相对高度计,给出了相应的硬件结构和软件设计。结合实验测量的数据和相关文献的数据,从准... 为了提高相对高度测量的精确性,研究并实现了一种基于气压传感器阵列式测量和遗传算法(GA)优化反向传播(BP)神经网络数据融合处理的高精度气压式相对高度计,给出了相应的硬件结构和软件设计。结合实验测量的数据和相关文献的数据,从准确性、稳定性和通用性的角度对GA-BP神经网络、传统BP神经网络以及标准计算公式在气压式相对高度计中应用的性能进行了对比分析。研究结果表明,本文提出的基于GA-BP神经网络的相对高度计具有更高的测量精度、更高的稳定性和更好的推广能力,能够满足日常相对高度的实时测量需求。 展开更多
关键词 相对高度计 气压传感器阵列 数据融合 遗传算法 BP神经网络
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基于压电俘能器的自供电步态检测系统设计 被引量:4
12
作者 张加宏 李玲 +3 位作者 高翔 李敏 刘清惓 孟辉 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期260-266,共7页
鉴于压电元件既能感测压力动态变化,又能实现能量转换,采用两种压电模块设计了一款低成本、可穿戴、可自供电的步态检测系统。以矩形双晶陶瓷压电片作为压电俘能器能量转化单元,将人体运动机械能转换成电能,并利用其为步态检测系统供电... 鉴于压电元件既能感测压力动态变化,又能实现能量转换,采用两种压电模块设计了一款低成本、可穿戴、可自供电的步态检测系统。以矩形双晶陶瓷压电片作为压电俘能器能量转化单元,将人体运动机械能转换成电能,并利用其为步态检测系统供电;以柔性PVDF压电薄膜作为足底压力检测单元,完成人体站立、行走、跑步、跌倒等基本步态信息的检测。实验测试结果表明:人体在穿戴上述装置正常步行条件下,压电俘能器单位小时内提供0.731 J电能,可保障步态检测系统间隔423 s工作一次,且系统能够对人体的基本步态实现有效检测。 展开更多
关键词 压电俘能器 自供电 足底压力检测 步态检测
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基于PSO-BP神经网络的气溶胶质量浓度测量系统湿度补偿 被引量:4
13
作者 张加宏 刘毅 +5 位作者 顾芳 沈雷 冒晓莉 吴佳伟 汪程 包志伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期360-367,共8页
气溶胶质量浓度是衡量大气质量的一项关键性指标。在基于单粒子光散射的气溶胶质量浓度测量时,环境湿度变化对其影响较大。尤其在湿度较高时,颗粒物的外貌特征和折射率都会发生相应变化,采用低湿度条件下系统的标定参数来反演气溶胶质... 气溶胶质量浓度是衡量大气质量的一项关键性指标。在基于单粒子光散射的气溶胶质量浓度测量时,环境湿度变化对其影响较大。尤其在湿度较高时,颗粒物的外貌特征和折射率都会发生相应变化,采用低湿度条件下系统的标定参数来反演气溶胶质量浓度会产生较大误差。考虑以上原因,提出建立基于粒子群优化的BP神经网络补偿模型对不同湿度条件下的测量结果进行数据融合修正。实验结果表明,经过PSO-BP神经网络湿度补偿后,相对湿度较高时引起的测量误差约从原来的-10%^-45%减小为-5%^-30%,整体平均相对误差减小了10%,说明该方法削弱了相对湿度对气溶胶质量浓度测量系统的影响,有效提高了系统的测量精度。 展开更多
关键词 气溶胶质量浓度 光散射 湿度补偿 PSO-BP神经网络
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掺杂BaHfO_3电子结构与力学性能的第一性原理研究 被引量:4
14
作者 张加宏 杨镇博 +3 位作者 顾芳 刘清惓 冒晓莉 李敏 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期471-478,共8页
在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响.电子结构计算表明:优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料.掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接... 在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响.电子结构计算表明:优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料.掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接带隙材料,Ba0.5Sr0.5HfO3的带隙增大,绝缘体特征增强,而BaHf0.5Ti0.5O3的带隙显著减小,呈现出半导体材料的特征.由态密度分析可知,掺杂后带隙的变化主要是由于导带底的移动造成的.力学性能分析表明:与BaHfO3相比,Ba0.5Sr0.5HfO3的剪切模量和杨氏模量均明显减小,材料硬度减弱;BaHf0.5Ti0.5O3的剪切模量及杨氏模量均明显增大,材料硬度增强.电子密度分布分析揭示了掺杂改变体系价电子浓度的分布情况,使BaHfO3的价健特性发生了变化,这是材料硬度改变的内在原因.可见,掺杂能够有效地调控体系的硬度,该研究结果为掺杂BaHfO3力电材料的设计与应用提供了理论依据. 展开更多
关键词 BaHfO3 第一性原理 电子结构 力学性质 掺杂
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一种嵌入式PID恒温控制的教学实验设计 被引量:9
15
作者 张加宏 杨天民 +2 位作者 刘恒 冒晓莉 周炳宇 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2020年第10期211-215,219,共6页
设计了基于ARM的闭环PID恒温控制系统。系统以S5PV210微处理器为核心构建嵌入式硬件平台,并在软件平台上实现温度采集、数据处理、PID恒温控制、数据显示与传输等功能。实验涉及多种通信协议(SPI、串口、TCP/IP等)、脉宽调制PID控制算... 设计了基于ARM的闭环PID恒温控制系统。系统以S5PV210微处理器为核心构建嵌入式硬件平台,并在软件平台上实现温度采集、数据处理、PID恒温控制、数据显示与传输等功能。实验涉及多种通信协议(SPI、串口、TCP/IP等)、脉宽调制PID控制算法、基于Linux API的网络编程等。该实验属于嵌入式系统设计开发,旨在让学生对嵌入式系统课程有深刻的认识,熟悉嵌入式项目的开发及调试过程,理解闭环PID控制的原理及实现方法。该实验包含嵌入式设计的硬件驱动、软件开发、通信协议等多方面内容,综合性强,可作为研究生电子设计竞赛的实训实验。 展开更多
关键词 嵌入式系统 教学实验设计 PID控制 恒温系统
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MEMS硅铝异质结构压力传感器的设计制作与测试研究 被引量:4
16
作者 张加宏 陈剑翔 +2 位作者 冒晓莉 李敏 王银 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期998-1004,共7页
金属半导体异质混合结构是一种特殊的压阻结构,其具有高于传统MEMS压阻式压力传感器的压阻性能。鉴于此,设计和研究了一种由掺杂单晶硅和金属铝混合形成的MEMS异质结构压力传感器。首先结合理论模型和ANSYS有限元模拟仿真分析了硅铝异... 金属半导体异质混合结构是一种特殊的压阻结构,其具有高于传统MEMS压阻式压力传感器的压阻性能。鉴于此,设计和研究了一种由掺杂单晶硅和金属铝混合形成的MEMS异质结构压力传感器。首先结合理论模型和ANSYS有限元模拟仿真分析了硅铝异质结构传感器的灵敏度特性,然后通过MEMS工艺制作了硅铝异质结构压力传感器芯片,并对其进行了封装与测试。实验结果表明,硅铝异质结构压力传感器的灵敏度可达到0.116 8 m V/(V·k Pa),而利用参考结构能够明显减小环境温度对其性能的影响。在此基础之上,本文采用基于遗传算法改进的小波神经网络对传感器的温度漂移和非线性误差进行了补偿,补偿后硅铝异质结构压力传感器的测量误差小于±1.5%FS。 展开更多
关键词 硅铝异质结构 灵敏度 有限元分析 温度补偿 非线性误差 遗传小波神经网络
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MgCNi_3电子结构与光学性质的第一性原理研究 被引量:3
17
作者 张加宏 刘楣 +1 位作者 顾芳 唐春梅 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期238-242,共5页
考虑广义梯度近似与局域自旋密度近似,采用全势线性缀加平面波法对新超导体MgCNi3的几何结构、电子结构及光学常量进行了计算,从理论上给出了其电子结构与光学性质的关系。电子结构计算表明,尽管MgCNi3与BaTiO3均具有钙钛矿几何结构... 考虑广义梯度近似与局域自旋密度近似,采用全势线性缀加平面波法对新超导体MgCNi3的几何结构、电子结构及光学常量进行了计算,从理论上给出了其电子结构与光学性质的关系。电子结构计算表明,尽管MgCNi3与BaTiO3均具有钙钛矿几何结构,但电子能带结构的差异使它们表现出不同的光学性质。基于第一性原理的光学性质的计算结果表明,MgCNi3的光学性质呈各向同性,其低能区的光吸收是由-5.0~0eV范围内的Ni(3d)电子的带内跃迁以及该能量范围内Ni(3d)电子到导带空轨道的带间跃迁引起的;而高能区的光吸收则起源于价带中C(2p)和C(2s)轨道上的电子到导带中C(2s),C(2p),Ni(3d),Ni(4s)空轨道的带间跃迁。 展开更多
关键词 第一性原理 电子能带结构 光学常量 参数
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掺杂和应变对硅纳米线电子结构与光学性质的调制影响 被引量:3
18
作者 张加宏 王超 +2 位作者 刘清惓 顾芳 李敏 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第12期4715-4720,共6页
为了研究掺杂和应变对[111]晶向硅纳米线(silicon nanowires,SiNWs)的电子结构与光学性质的调制影响,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(general gradient approximation,GGA),采用第一性原理方法开展了相关计算。能带计算表明:空... 为了研究掺杂和应变对[111]晶向硅纳米线(silicon nanowires,SiNWs)的电子结构与光学性质的调制影响,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(general gradient approximation,GGA),采用第一性原理方法开展了相关计算。能带计算表明:空位掺杂和元素掺杂均引入杂质能级,形成了N型和P型半导体材料。单轴应变则进一步减小了带隙,增强了掺杂硅纳米线的导电性,但由于应变也修饰了费米面附近能级的形貌,能带曲率突变影响了体系的导电性能。光学性质计算表明:相比于空位掺杂,元素掺杂更有效地改变了SiNWs的介电函数、吸收系数、折射率与反射率等光学参数,而单轴应变则削弱了元素掺杂的影响。拉应变提升了光吸收的范围和强度,尤其是可见光波段,使掺杂硅纳米线成为优质光伏材料,压应变则降低了对紫外光波段的吸收效率。在紫外区域,拉应变和压应变对掺杂硅纳米线的折射率与反射率的影响相反,在红外和可见光区域影响则一致。研究结果为基于应变和掺杂硅纳米线的光电器件设计与应用提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 硅纳米线(SiNWs) 掺杂 应变 电子结构 光学性质 第一性原理
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分子动力学研究表面缺陷对硅纳米线杨氏模量的影响 被引量:4
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作者 张加宏 陈剑翔 +2 位作者 顾芳 李敏 冒晓莉 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2018年第2期341-347,共7页
硅纳米线因受量子尺寸效应与表面效应的影响而具有奇特的力、电及其耦合特性,成为了纳米电子器件的核心构件.然而在硅纳米线的制备过程中,表面产生缺陷不可避免.因此本文采用分子动力学方法着重研究了表面缺陷浓度对不同横截面形状(正... 硅纳米线因受量子尺寸效应与表面效应的影响而具有奇特的力、电及其耦合特性,成为了纳米电子器件的核心构件.然而在硅纳米线的制备过程中,表面产生缺陷不可避免.因此本文采用分子动力学方法着重研究了表面缺陷浓度对不同横截面形状(正方形、六角形和三角形)的[110]晶向和[111]晶向硅纳米线杨氏模量的影响.研究结果表明,当硅纳米线仅有单一表面缺陷时,不同晶向硅纳米线的杨氏模量均随表面缺陷浓度增加而迅速单调减小.当表面缺陷浓度为10%时,杨氏模量的减小幅度在10%-20%之间,减小幅度的差异与硅纳米线的晶向以及横截面形状密切相关.当存在多个表面缺陷时,杨氏模量随着缺陷浓度的增加表现出了不同程度的波动趋势.三角形截面硅纳米线的杨氏模量波动幅度最大,正方形截面的波动较小,即表面缺陷分布的不同对正方形截面硅纳米线的杨氏模量影响较小,这表明表面缺陷的影响与其分布及硅纳米线的横截面形状密切相关.通过与实验结果对比,本文的研究结果揭示了表面缺陷是导致硅纳米线杨氏模量实验值变小的重要因素,因此在表征硅纳米线的力学性能时,需要考虑表面缺陷的影响. 展开更多
关键词 硅纳米线 分子动力学 表面缺陷 杨氏模量 横截面 晶向
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基于心冲击图和BP神经网络的心率异常分类研究 被引量:3
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作者 张加宏 孟辉 +2 位作者 谢丽君 冒晓莉 周炳宇 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2021年第3期565-576,共12页
心率变异性(Heart rate variability,HRV)被广泛用于临床自主神经系统评估和心率异常分类,传统的HRV分析基于心电图(Electrocardiogram,ECG)、光容积图(Photoplethysmography,PPG)和远程光容积图(Remote PPG,RPPG),这些方法存在诸多不足... 心率变异性(Heart rate variability,HRV)被广泛用于临床自主神经系统评估和心率异常分类,传统的HRV分析基于心电图(Electrocardiogram,ECG)、光容积图(Photoplethysmography,PPG)和远程光容积图(Remote PPG,RPPG),这些方法存在诸多不足:(1)ECG检测需在皮肤涂抹刺激性的耦合剂并附加电极,不宜长期监测且ECG设备价格昂贵;(2)PPG和RPPG测量时存在环境光学噪声,以及肤色不同形成的个体差异性较大;(3)ECG和PPG检测属于接触式,容易带给患者不适感。基于以上不足,提出了一种基于心冲击图(Ballistocardiogram,BCG)的HRV分析方法,该方法降低了传统设备用于HRV分析的成本,利用非接触检测减轻了患者不适感,独特的检测原理避免了个体差异性问题,在长期心血管疾病检测中起着至关重要的作用。实验中采用逆传播(Back propagation,BP)神经网络模型对心率异常进行预测分类,准确率达到80%,表明了该方法的先进性和可靠性。 展开更多
关键词 心率变异性 心冲击图 心率异常分类 神经网络
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