浮动电容式剪应力微传感器结构设计解析模型

为提高设计水平和效率，建立了浮动电容式剪应力微传感器结构设计解析模型。该解析模型明晰了微传感器探头结构参数与传感器性能指标之间的关系。针对微传感器量程、固有频率、非线性度、灵敏度和分辨率等指标需求，能够更有针对性地快速得到优化传感器结构方案。结合设计案例，给出了微传感器探头结构的设计方法与流程，设计研制的传感器测试实验结果与解析模型的设计结果相符合。     

微型热敏传感器的结构设计及仿真分析

 分析微型热敏传感器测量原理并针对其典型器件结构的热平衡模型，提出以微型热敏传感器器件各部分热耗散功率和器件信噪比系数为主要器件结构设计的结构仿真计算目标。然后，结合微型热敏传感器衬底空腔结构对器件性能影响较大的特点，分析计算衬底结构没有空腔、有空气腔和有真空腔3种情况下的器件各部分热耗散功率，验证了有真空腔的衬底结构信噪比系数最高。最后，以实际微细加工工艺条件为基础，计算分析衬底真空腔深度在2 μm，4 μm和6 μm 3种条件下的器件信噪比系数，完成对微型热敏传感器器件结构尺寸的优化设计。     

压电式微型合成射流多域耦合数值模拟

合成射流器的设计与仿真是优化其性能参数的关键。针对目前合成射流器的计算模型在建立物理模型时存在简化误差而导致仿真精度降低的问题,提出了一种基于多域耦合分析的全流场计算模型。该模型采用通用有限元分析软件ANSYS中的压电耦合单元实现电场 结构场的直接耦合分析,并通过ANSYS与流体仿真软件CFX间的耦合接口完成流场 结构场的同步双向耦合,最终实现了压电式合成射流器真实物理过程的数值模拟。基于此模型对合成射流器的工作过程进行了模拟,并研究了驱动电压和腔体结构参数对喷口速度的影响。结果表明：多域耦合模型能准确模拟合成射流的形成过程,数值模拟与实验结果的变化趋势一致,且相对误差不超过8%,为合成射流器的优化设计及控制提供了理论依据。     

壁面剪应力测量底层隔板数学模型研究

为指导器件研发设计和测量工作,提出了一种建立底层隔板壁面剪应力一压差数学模型的方法。通过量纲分析确定壁面剪应力和压差之间关系;结合具体器件,采用CFD方法计算出若干组壁面剪应力、压差的值;通过非线性回归获得该器件的壁面剪应力一压差数学模型。将建立的模型与实测数据进行对比,结果表明：二者能够较好地吻合,证明提出的方法是有效的。并应用该方法设计并加工了一种压阻式微机电系统（MEMS）底层隔板。     

压电式微型合成射流器结构参数优化设计

压电式微型合成射流器的结构参数对射流速度有极大影响,然而各结构参数的影响规律及程度无法用单因素考查法来确定.针对这个问题,采用正交分析法结合多域耦合数值模拟,研究了主要结构参数对射流速度的综合影响,对器件结构参数进行了优化.仿真结果表明:在所考查的参数范围内,喷口宽度、腔体宽度、压电片厚度对射流速度的影响较大,但三者的...     

隔热背腔式柔性热膜探头微加工技术

为了进一步提高器件性能,提出了一种新型的隔热背腔式柔性热膜传感器探头结构。借助流体传热耦合仿真和动态响应分析等,确定了背腔结构参数。研发了针对隔热背腔式柔性热膜探头的双面图形化微加工工艺,获得了新型传感器件。对静动态特性进行了对比测试,结果表明,在相同的输入被测量情况下,新结构器件的输出信号量值提高了20%,时间常数由400μs减小到220μs,器件的灵敏度和动态响应性能都获得了有效提升。     

一种全柔性气泡致动器及其制作工艺

气泡致动器的弹性薄膜厚度不均、高压气体泄露、刚性基底以及缺乏控制依据是制约其实际应用的关键问题。为了解决上述问题,采取了如下措施：对现有成膜工艺进行了改进,提高了弹性薄膜厚度的一致性;开发了一种新的气泡致动器的制作工艺,避免了原制作工艺中的粘接环节,保证了气泡致动器的气密性;使用柔性材料作为基底,器件可弯曲变形,便于安装在翼型表面;采用Mooney-Rivlin超弹性材料模型对气泡致动器弹性薄膜的变形进行分析,确定了不同厚度的薄膜变形高度与压力的理论关系,同时指出,在相同条件下宽度是影响气泡薄膜变形的主要因素,为气泡致动器的控制提供了参考。实验证明：所开发的气泡致动器可以有效地进行延迟分离,降低压差阻力,实现了主动流动控制。     

用柔性微型传感器阵列测量边界层分离点的实验研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律,提出了在飞行器外表面贴附微型传感器阵列的分离点检测方法,并给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案.同时提出了基于三极管恒流源电流镜驱动电源设计和滤波衰减电路设计方案,并在NAGA0012标准翼型上实现了边界层分离检测系统集成,最后,在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号的处理判断方式进行验证,对实验结果的分析表明本研究制造的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量.     

溅射-电镀微成型制造柔性热膜传感器阵列

为了实现流场壁面剪应力等动态定点分布测量,提出了一种新的柔性热膜传感器阵列结构,并介绍了其制作工艺.旋涂并升温固化制备聚酰亚胺柔性薄膜衬底,在衬底上溅射沉积金属镍膜,并用剥离工艺成型热敏电阻元件阵列及其引线区底膜.然后在引线区底膜上电镀沉积铜膜,再剥离成型铜引线.通过电镀可以经济快速地获得较厚的引线铜膜,使得引线电阻远...     

侧喷式微型压电合成射流器制作及其振动测试

结合主动流动控制需求,针对研发的侧喷式微型压电合成射流器提出了一种加工工艺并进行了振动性能测试。主要的微加工工艺流程包括:采用体硅感应耦合等离子刻蚀技术加工喷口和腔体,硅-玻璃阳极键合,利用新的PZT刻蚀溶液对基于硅的PZT压电振膜图形化。引线键合并划片之后,对制作器件的压电振子进行了测试。结果表明,压电振子谐振频率为5kHz,中心处最大振幅为15.05μm,振动速率为472.2mm/s。压电振子的振幅和振动速率变化一致,同时受到驱动电压幅值和频率的影响。