PMUT集成Helmholtz谐振腔对测距性能产生的影响分析

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作者 刘浩杰 塔桂峰 +5 位作者 姚术涛 李加东 苗斌 商文玲 冯昌坤 陶金燕 《压电与声光》 北大核心 2025年第1期113-120,128,共9页

压电微机械超声换能器(PMUT)是超声测距领域的重要传感器件,增强PMUT的测距性能对促进工程化应用具有重要意义。基于Helmholtz谐振腔体的吸声和扩声特性,设计了吸收PMUT背部声波的腔体结构及正向扩声的喇叭口结构。实验结果表明,在2 m... 压电微机械超声换能器(PMUT)是超声测距领域的重要传感器件,增强PMUT的测距性能对促进工程化应用具有重要意义。基于Helmholtz谐振腔体的吸声和扩声特性,设计了吸收PMUT背部声波的腔体结构及正向扩声的喇叭口结构。实验结果表明,在2 m距离处,集成Helmholtz谐振腔体的PMUT在超声信号幅值上有显著提升,达到321.13 mV,相较于常规贴片薄膜下的腔体结构,信号幅度增加了90.5 mV,增幅为39.2%。此外,配备Helmholtz共振特性喇叭口的PMUT在同一距离上的信号幅值测量结果为540.72 mV,相较于未配置喇叭口的PMUT,信号幅值增加了162.41 mV,增幅达到42.9%。上述结果表明,将PMUT与Helmholtz谐振腔体的声学特性相结合,对于提升PMUT在超声测距领域的应用具有重要意义。 展开更多

关键词 压电微机械超声换能器(PMUT) Helmholtz谐振腔体 有限元仿真 超声测距

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梯度风场滑翔仿生飞行器设计与仿真 被引量：1

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作者 刘建河 王孟硕 +3 位作者 刘坤 李人澍 黄伟 李加东 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2024年第5期103-109,共7页

将信天翁从梯度风场中获取能量滑翔数千英里的飞行策略应用在飞行器上是突破飞行器续航瓶颈的重要方法之一。本文结合信天翁身体特性和飞行策略,设计了一种具有信天翁仿生外形、气动布局和控制方式的仿信天翁飞行器,巡航时升阻比为梯形... 将信天翁从梯度风场中获取能量滑翔数千英里的飞行策略应用在飞行器上是突破飞行器续航瓶颈的重要方法之一。本文结合信天翁身体特性和飞行策略,设计了一种具有信天翁仿生外形、气动布局和控制方式的仿信天翁飞行器,巡航时升阻比为梯形翼飞行器的1.13倍,最大可达梯形翼飞行器升阻比的1.31倍,通过翼尖变形阻力最高可减小12%,翼根载荷减小35%。根据信天翁在滑翔时不时扑动翅膀的行为提出了间歇动力梯度风滑翔方法,对仿信天翁飞行器进行了风梯度滑翔操控性能仿真。结果表明实际飞行路径与风梯度滑翔路径的误差小于5%,能量消耗为匀速飞行的51.5%,验证了间歇动力梯度风滑翔策略的合理性。 展开更多

关键词 梯度风场 飞行策略 仿生无人机 变形机翼 操控性能

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基于ScAlN薄膜的高频PMUT阵列的设计与制造 被引量：2

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作者 塔桂峰 刘建河 +5 位作者 李加东 姚术涛 刘浩杰 苗斌 商文玲 陶金燕 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期496-504,共9页

高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT... 高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。 展开更多

关键词 高频压电微机械超声换能器阵列(PMUT) ScAlN薄膜 有限元仿真 器件制备 非侵入式血管成像

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一种EO-YOLOX输电线绝缘子检测方法 被引量：1

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作者 胡益民 曲光 +2 位作者 王夏兵 张杰 李加东 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第S02期229-234,共6页

为了保证电力系统的安全运行,使用无人机巡检技术对高压绝缘子进行日常检查是必要的。然而,受到电力线磁场和飞行安全的影响,图像数据中绝缘子像素表征减少,进而导致绝缘子检测的准确性降低。针对上述问题,提出了一种有效优化YOLOX(Effi... 为了保证电力系统的安全运行,使用无人机巡检技术对高压绝缘子进行日常检查是必要的。然而,受到电力线磁场和飞行安全的影响,图像数据中绝缘子像素表征减少,进而导致绝缘子检测的准确性降低。针对上述问题,提出了一种有效优化YOLOX(Efficient Optimization YOLOX,EO-YOLOX)检测模型。该模型首先利用空洞卷积(Atrous Convolution)的思想,提出了空洞空间金字塔池化(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)模块,消除图像中的无关信息,提高了网络识别感兴趣区域的能力。其次,在特征融合阶段加入了注意特征融合(Attentione Feature Fusion,AFF)模块,通过向融合特征图中补充深层语义和浅层细节信息,提高了检测绝缘子的准确性。最后,针对传统损失函数不能准确反映两个边界框之间距离的问题,提出了一种优化损失函数,以更准确地评估边界框的质量。将该算法在绝缘子数据集上进行了实验和测试,结果表明,与传统的YOLOX方法相比,该算法在识别绝缘子方面表现优异,mAP值提高了约2.59%。该模型的实时处理效率高达41.21帧每秒,有效解决了绝缘子检测难题。 展开更多

关键词 绝缘子检测 空洞卷积 EO-YOLOX 绝缘子数据集

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基于大高宽比CD-AFM探针的设计与制备

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作者 贺龙 李淑娴 +4 位作者 苗斌 李加东 陈颖 苗小浦 吴森 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第3期409-413,428,共6页

针对传统原子力显微镜(AFM)探针和关键尺寸原子力显微镜(CD-AFM)探针受限于针尖有效扫描高度较低,无法对深沟槽和大悬垂侧壁结构进行精准扫描成像的问题,提出了一种大高宽比针尖结构的新型CDAFM探针设计与制备方案。开发的新型CD-AFM探... 针对传统原子力显微镜(AFM)探针和关键尺寸原子力显微镜(CD-AFM)探针受限于针尖有效扫描高度较低,无法对深沟槽和大悬垂侧壁结构进行精准扫描成像的问题,提出了一种大高宽比针尖结构的新型CDAFM探针设计与制备方案。开发的新型CD-AFM探针针尖有效高度为5.1~5.8μm,高宽比达到14,相较于传统硅基CD-AFM探针,其有效高度提升了约4倍。利用开发的探针完成了标称深度为2.3μm、深宽比为4.6的深沟槽样品测试。 展开更多

关键词 关键尺寸原子力显微镜探针 深沟槽 大悬垂侧壁 大高宽比 有效高度

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一种基于动态pMUT的距离与方向双向检测方法

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作者 陶金燕 李加东 +6 位作者 戴晔 商文玲 王丹芮 冯昌坤 胡益民 姚术涛 塔桂峰 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期722-728,共7页

超声波传感器是移动机器人广泛采用的空间感知手段。为了提高空间感知范围,现有移动机器人常采取多传感器组合的方式,导致感知系统体积大、功耗高、系统复杂。提出了一种基于动态压电微机械超声换能器(pMUT)的检测方法,实现了单颗器件... 超声波传感器是移动机器人广泛采用的空间感知手段。为了提高空间感知范围,现有移动机器人常采取多传感器组合的方式,导致感知系统体积大、功耗高、系统复杂。提出了一种基于动态压电微机械超声换能器(pMUT)的检测方法,实现了单颗器件的双向检测功能,使测量范围在小体积、低功耗情况下获得成倍的增加。该方法利用压电薄膜双向振动的特点得到超声波双向回波信号,从而获取两个方向的测量距离。测试表明,使用该方法后单向测量范围基本不变,能准确测量两个方向上障碍物的距离,并在动态情况下反映障碍物对应方向。该方法有助于简化感知系统,有望在微型机器避障等方面发挥重要作用。 展开更多

关键词 压电微机械超声换能器(pMUT) 双向检测 移动机器人 空间感知 测距

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聚吡咯@二氧化锰/碳纳米管薄膜电极的制备及在高性能锌离子电池中的应用 被引量：5

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作者 沈晓帆 王晓娜 +7 位作者 俞能晟 杨薇 周雨融 石艳红 王玉莲 董立忠 邸江涛 李清文 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第5期52-59,共8页

中性/弱酸性水系锌锰电池因其能量密度高、价格低廉、环境友好等优势受到广泛关注。然而,现有的二氧化锰正极材料存在导电性能差,在充放电过程中易于溶解等问题。这严重影响了电池的倍率性能和循环稳定性,阻碍了中性锌锰电池的应用。为... 中性/弱酸性水系锌锰电池因其能量密度高、价格低廉、环境友好等优势受到广泛关注。然而,现有的二氧化锰正极材料存在导电性能差,在充放电过程中易于溶解等问题。这严重影响了电池的倍率性能和循环稳定性,阻碍了中性锌锰电池的应用。为了解决上述问题,本文设计了以碳纳米管(CNT)网络薄膜为导电基底沉积聚吡咯(PPy)包覆二氧化锰(PPy@MnO_(2)/CNT)的多级结构电极。碳纳米管和聚吡咯组装形成高比表面积的三维交联导电网络,为活性材料提供了快速的电子、离子传输通道;聚吡咯包覆纳米级二氧化锰能够有效地抑制二氧化锰的溶解,进而提升电池的倍率特性和循环稳定性。以PPy@MnO_(2)/CNT作为正极材料组装的水系锌锰电池在1 A·g^(-1)的电流密度下,比容量达到210 mAh·g^(-1),循环1000圈后,电池依然具有较高的容量保持率(85.7%)。本工作的导电聚合物包覆活性物质的策略可为发展高稳定柔性储能器件提供新思路。 展开更多

关键词 锌离子电池 聚吡咯@二氧化锰 碳纳米管 柔性电池 长循环

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声压增强型压电微机械超声换能器 被引量：2

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作者 张玉超 王光华 +3 位作者 周红宇 张士钦 苗斌 李加东 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第4期619-623,共5页

压电微机械超声波换能器(PMUT)在医疗成像、测距、无损检测和流量感应等领域有着广阔的应用前景。针对传统结构PMUT输出声压较低的问题,该文提出了一种集成亥姆霍兹谐振腔的声压增强型PMUT。构建了声压增强型PMUT的等效电路模型,模拟并... 压电微机械超声波换能器(PMUT)在医疗成像、测距、无损检测和流量感应等领域有着广阔的应用前景。针对传统结构PMUT输出声压较低的问题,该文提出了一种集成亥姆霍兹谐振腔的声压增强型PMUT。构建了声压增强型PMUT的等效电路模型,模拟并对比分析了声压增强型PMUT和传统PMUT的轴上声压。结果表明在70 kHz谐振频率下,声压增强型PMUT沿z轴的输出声压比传统的PMUT沿z轴的输出声压高约42%。测距结果表明,集成了亥姆霍兹谐振腔的PMUT最远测距能力达到2.62 m,比传统结构的PMUT提升了27%。这种结构为PMUT在提升测距能力和拓宽应用场景方面提供了一种新思路。 展开更多

关键词 压电微机械超声波换能器(PMUT) 输出声压 亥姆霍兹谐振腔 等效电路 测距

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用于减小PMUT“盲区”的回波检测方法 被引量：1

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作者 王光华 张玉超 +5 位作者 胡益民 苗斌 张士钦 周红宇 赵祥永 李加东 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第3期363-367,共5页

收发一体式压电微机械超声波换能器(PMUT)的接收信号存在较长的拖尾,导致近场原始回波难以区分,造成测量盲区,对此提出了一种在拖尾段识别回波信号的方法。该方法利用解调对数放大器非线性压缩接收信号并进行包络处理,得到拖尾段具有明... 收发一体式压电微机械超声波换能器(PMUT)的接收信号存在较长的拖尾,导致近场原始回波难以区分,造成测量盲区,对此提出了一种在拖尾段识别回波信号的方法。该方法利用解调对数放大器非线性压缩接收信号并进行包络处理,得到拖尾段具有明显极值点特征的包络曲线,并通过包络曲线极值点识别回波峰值。选取8组谐振频率不一的PMUT器件对该方法进行测试验证。结果表明,在最远测距大于300 cm的情况下,测量盲区缩减至10 cm附近,该方法具有一定的有效性与普适性。 展开更多

关键词 PMUT 收发一体式 拖尾 测量盲区 极值点 峰值

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双沟道脊波导InGaAsP/InGaAsP半导体激光器的温度分布仿真

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作者 李晓 张瑞英 +1 位作者 郭春扬 赵岳 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第5期356-361,373,共7页

采用二维有限元法(FEM)模拟了激射波长为1 550 nm的InGaAsP/InGaAsP多量子阱(MQW)双沟道脊波导(DCRW)激光器的热分布,系统研究了钝化层材料、沟道宽度、Au层厚度和石墨烯填充对激光器散热的影响。模拟结果表明,上述参数均对激光器的有... 采用二维有限元法(FEM)模拟了激射波长为1 550 nm的InGaAsP/InGaAsP多量子阱(MQW)双沟道脊波导(DCRW)激光器的热分布,系统研究了钝化层材料、沟道宽度、Au层厚度和石墨烯填充对激光器散热的影响。模拟结果表明,上述参数均对激光器的有源区温度和热分布产生影响。当没有石墨烯填充时,激光器的温升随着沟道宽度减少而提高;当有石墨烯填充时,激光器的温升随着沟道宽度和石墨烯厚度增加而提高。采用AlN钝化层、Au层加厚和石墨烯填充优化的激光器结构,其温升比传统结构激光器的温升低6℃。该结果为设计制备InGaAsP/InGaAsP激光器改善其散热性能提供指导,可为其他InP基光子集成回路改善热性能提供参考。 展开更多

关键词 温升 InGaAsP/InGaAsP多量子阱(MQW) 双沟道 脊型 半导体激光器

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Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成波导高效耦合的容差范围

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作者 王天甲 张瑞英 王杰 《半导体技术》 CAS 北大核心 2019年第12期925-931,共7页

Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成的反馈外腔半导体光源及其相关集成器件成为近年来的研究热点,大容差范围是该类器件提高成品率和降低制备成本的有效途径。采用有限差分光束传播法,针对应用于大尺寸Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成波导的双锥形耦合器结构进行了仿真... Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成的反馈外腔半导体光源及其相关集成器件成为近年来的研究热点,大容差范围是该类器件提高成品率和降低制备成本的有效途径。采用有限差分光束传播法,针对应用于大尺寸Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成波导的双锥形耦合器结构进行了仿真,研究了实现高效耦合结构参数容差范围。结果表明,当Ⅲ-Ⅴ材料有源波导中缓冲层厚度为0.5~0.7μm,有源波导锥形区长度为400~800μm,锥形区尖部宽度为0.5~0.55μm,有源波导增益区宽度为2.9~3.1μm,无源波导锥形区的长度超过500μm,有源波导相对于Si波导的偏移量小于1μm时,Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成波导的耦合效率均可达到90%以上。研究双锥形Ⅲ-Ⅴ/Si波导高效耦合参数的容差范围可为下一步制备出高效耦合的该类大尺寸混合集成器件提供参考。 展开更多

关键词 Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成波导 耦合效率 双锥形耦合器 有限差分光束传播法(FD-BPM) 容差范围

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