微推进器
一种微推进系统点火器的制作
引 言
随着微机 电系统 （ Ｅ Ｓ 技 术的不断发展， ＭＭ） 产品的微型化、 功能化及低成本成为人们所追求 的目 ， 标 表现在航天领域则是微卫星、 纳卫星的出 现。这类小型卫星具有体积小 、 重量轻、 研制周期 短和成本低的优点， 并且可实现一箭多星的发射 ， 大大地降低 了火箭 的发射成本。微小型卫星通过 微型推进系统实现高精度的姿态调整、 轨道控制 及 引力补偿 ， 要求其推进系统具有推力小（ ｉ １ Ｎ一 ｘ
中， 向药剂进行极迅速的热量传递 ， 使装药受热达
到着火温度而发火。此外 ， 因等离子体 的迅速扩
散， 还会产生冲击波， 同时存在冲击 波对装药作
用， 使药剂发火 。电阻式点火器 的点火机理属热 传导机理 ， 由于对流和冲击波作用远 比热传导作
料。因此 ， 半导体桥 比薄膜电阻易形成较高温度 的等离子体放电。
原理样机 ， 点火电阻的材料是金属铂。
由表 １ 以看 出 ， 可 目前 国 内外设 计 的点火 电
１ ０
研究机构 美国 Ｔ Ｗ Ｒ 法国 Ｌ Ａ ＡＳ 韩 国高校
清华大学
萋 ； 域
电阻材料 多晶硅 多晶硅 Ｐ ｔ
Ｐ ｔ
邂 萋
点 火电压／ Ｖ ｌｏ ０ ４ ０ ４ ５
下降、 热功率增加的正反馈效应 。
２ １２ 边 缘汽 化效应 ．．
般情况下多晶硅厚度取 ２ ｍ； １ 半导体桥电阻为 ｘ
１ 时， １ ） 桥区几何长宽比为 １３ 。 ：． ８
在以上参数 确定 的情 况下 ，因桥 的形 状不
同， 半导体桥火工品的性能会有较大差异。图 １ 是所选 的有代表意义的半导体桥示意图。图 １中 图形（ ） ａ 是一种长方形结构 ， 当电流通过时， 在整 个桥宽范 围内， 电流密度均匀分布 ， 面均匀加 桥
神经外科DBS术的护理配合
神经外科DBS术的护理配合【摘要】总结了中南大学湘雅二医院2017年1月~2018年6月DBS术40例的手术护理配合经验。
熟练掌握微创DBS手术的配合要点，严格执行无菌技术操作，正确的保养及使用DBS高温器械和低温器械，是手术顺利完成，减少术后并发症的发生，手术成功的保证。
【关键词】脑深部电刺激；丘脑底核；帕金森病；DBS；护理神经外科手术经过半个多世纪的发展，近几年，随着功能神经外科的迅速发展，脑深部电刺激术有成为帕金森病，特发性震颤，肌张力障碍等锥体外系统病治疗的首选趋势。
中南大学湘雅二医院应用脑深部电刺激术（deep brainstimulation，DBS）治疗了一些肌张力障碍患者，取得了良好的治疗效果。
现将DBS术手术护理配合介绍如下。
1.临床资料本组患者40例，男5例，女35例。
年龄25~61岁。
根据病史、脑血管体征、心电图、X线心脏平片、脑电图确诊为帕金森病，特发性震颤，肌张力障碍等锥体外系统病。
患者均在全麻下施行脑起搏器（DBS）手术治疗。
手术过程顺利，术后患者恢复良好。
2 手术步骤（1）病员入手术室，取平卧位，核对病人信息及手术部位，头部框架固定牢靠，保证患者呼吸、吞咽通畅。
根据经验穿刺点（冠状缝前4cm，中线旁开4cm）画切口线，双侧均为“U”半弧形。
需根据坐标再次准确定位。
（皮肤及骨头上都用美兰做标记）（2）常规消毒铺巾，上两“耳环”，三方核对Y、Z值。
铺巾，露出两“耳环”。
上弧，三方核对X值。
（3）安装微推进器（下端安装时距离为1横指），必须严丝合缝。
将微推进器安装至弧弓上，必须保证弧弓上深度坐标对零，一般微推进器初始值为15mm（靶上15mm）[1]。
（4）三方核对Ring 及Arc值，确定左右无误，根据微推进器上五孔套筒定5点，核对穿刺点是否在之前所画的半弧形切口内，必要时修改切口划线。
（5）NS20ml+罗哌卡因20ml局部麻醉满意后切开头皮至骨膜，帽状腱膜下切开，7号线悬吊皮瓣。
more than moore,MEMS
9
MEMS的科学
力学 材料学 生物学 物理学 电子学
MEMS
光学
化学
MEMS is a Interdisciplinary Science which involves mechanics, electronics, chemistry, optics, physics, biology, material science etc.
90nm
22nm
memory
65nm
32nm技术
SoC
System on chip
Higher higher value
SiP
System in Package
40
超越摩尔定律
MEMS
41
3D IC技术的类型
42
基本结构
43
TSV（深硅通孔）工艺
44
TSV 3D IC技术的挑战
• 成本
– TSV制造技术的成本较高
• 散热
– 垂直和水平方向的散热通道设计
• 可靠性
– 应力，电迁移，热退化
• 供应链
– 谁来做TSV？ – 谁需要TSV？
45
微电子系统的未来
MEMS CMOS Solar Cell
Flexible electronics
All in Si
RF
Bio-Chip
Storage
Memory
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小结
• MEMS是微电子系统与外界互动的纽带，是 一种微型化和集成化的机械系统。 • 信息系统缩小的最终瓶颈在于MEMS的尺寸. • 三维IC技术可以在第三维度上集成不同的芯 片，从而扩展系统的功能，继续维持摩尔 定律。 • TSV是三维IC技术的关键。 • 全硅集成也许是将来微电子发展的终极形 态。
深空探测中的微型推进器技术
作 者 简 介 ：徐 晓 辉 （９ １ ，女 ，在 读 硕 士研 究 生 ，讲 师 。 １７ －） 主要 从 事机 电 、数 控 及 计 算机 辅 助 设 计 等 方 面 的教 学 和 科 研
推 进 器 。 本 文 对 适 合 于微 小 推 进 器 的 各 种 微 小 推 进 器 ， 尤 其 是 基 于 Ｍ Ｅ ＭＳ技 术 发 展 的 微 小 推 进 器 作 了一 个 较 全 面 的 论 述 。
关 键 词 ：深 空 探 测 ；微 小 飞 行 器 ；微 小 推 进 器
中 图分 类 号 ：Ｖ ３ ４
表 ２ 微 ， ．星 对 推 力和 比冲 的要 求 ｊ－ ｐ ｘ ．
飞 行 器 类 型
小 卫 星
小 卫星特有 的功 能 ．多颗微小卫 星组成 星座 ，能更 好地完
成任务 ，有时甚至能 完成 用一颗大卫星无 法完成 的任 务 。
１ 微 小 卫 星 与 推 进 器
１１ 深 空探测 中微 小飞 行器 对推 进 器的 要 求 ．
收 稿 日期 ：２ ０ — ９ ２ ０７０—９
比 冲量 （ Ｎ ） ｍｓ
ＯＯ ３ ．１
最 小 推 力 （ Ｎ ｍ）
４６ ．５
微 卫 星
纳 卫 星
００ ５ ．０
Ｏｏ Ｏ ．ｏ ２
１５ ． ７
Ｏｏ ． ６
１２ 现有推 进 器介 绍 ．
按照 工 作原 理 分 ，推 进器 主要 有 化学 推 进器 、电推 进器 以及 其他 类 型推 进器 。 相 比较 于化 学 推进 器 而言 ．电推 进器 普遍 具 有 比冲 高 的 特 点 ［。如 图 １中所 示 的 电 推 进 器 的 比 冲一 般 在 ５ １ ８ ０ ２ ０ ０ ，而且 随 着 星上 电源 系统 的改 进 ，还 可 以进 ０ ～０ ０ｓ
高中通用技术必修2第四章练习题(无答案)-学生用卷
高中通用技术必修2第四章练习题（无答案）一、选择题（本大题共20小题，共60.0分）如图所示为超声波加湿器工作原理简图。
超声波加湿控制模块产生每秒200万次的超声波高频震荡，利用雾化片的超频谐振将水珠雾化为1微米～5微米的超微粒子，在风机的作用下使之产生悬浮的水雾，从而达到湿润空气的效果。
请完成下列问题：1.为保证加湿器正常工作，水汽汽化腔内纯净水必须控制在一定的水位。
对该水位控制系统的分析，正确的是A. 蓄水箱中的水是被控对象B. 控制方式为开环控制C. 控制量是电磁阀的开和关D. 设定量是水位传感器输出的信号2.为了使室内的空气湿度能够自动准确地控制在设定值，以下控制方案中合理的是A. 当人体感受到室内空气湿度合适时，人工将加湿器关闭B. 当水汽汽化腔中的水位降到一定值时，自动将加湿器关闭C. 采用定时器设定加湿周期，让加湿器周期性自动工作D. 采用湿度传感器检测室内实际湿度，自动控制加湿器的开和关3.下列关于控制系统的说法中，正确的是A. 从控制过程中人工干预情形来分，控制有机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等B. 闭环控制系统的输出量不对系统产生任何影响C. 反馈就是将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程D. 在控制系统中，引起输出量变化的各种因素都是干扰因素4.小明准备为教室设计一个安全提醒系统，实现当教室里无人且门、窗未关好时，门口的报警装置就会报警，提醒最后离开的同学关好门窗；当教室里有人时，即使门窗没关也不会报警。
下列关于该提醒控制系统的设计不正确的是A. 该控制系统的执行器可选用电子开关B. 可以用红外传感器检测教室内是否有人C. 门窗可作为该报警系统的被控对象D. 同学们发出的声音不应为该控制系统的干扰因素5.小明打算设计一个教室内使用的红外探测报警器。
晚上放学后，当有人进入教室，学校保卫室警笛报警。
设计时他将警笛确定为被控对象，下列设计构思不可行的是（）A. 输入装置应该选择红外探测装置和时间定时装置B. 该控制系统的控制手段可选用自动控制C. 红外探测装置参与反馈过程D. 该控制系统的干扰因素不可避免如图所示是无拖曳航天器控制系统，该系统主要由检查质量块悬浮控制环路、无拖曳控制器、微推进器和航天器平台等模块组成，其中检查质量块悬浮控制环路可以保持检验质量处于框架的中心位置，同时能高精度获取航天器平台和检验质量块之间的位置偏差，并传输给无拖曳控制器，微推进器产生推力，保证航天器平台以检验质量块为中心。
微尺度流动特性
( 2) 是气
c 是热导系数, GV Ft
。
3
微型化引起的问题
研究微电子机械系统时常常涉及尺度效应。例如
L L
2
L
3
表面积与体积之比的增大、 传热传质效率的 提高等。 下面通过实例具体说明微尺度的影响和效应及对微尺 度理论的考虑。 3. 1 微型化并不是简单的几何缩小
Pd 0 L 2 具体推导请参考文献 [ 12] 。由此可知, 壁面传热 量 H w 与气体总焓 G io 之比与特征长度无关, 说明尺寸 缩小并不影响传给壁面的热量在流动总焓中的比例。
478
机
械
强
度
2001 年
[ 2]
强度也与特征长度无关 , 小型化对器件的强度不会带 来问题。推力和冲量与长度有关, 即尺寸缩小使推力 和冲量减少, 这正是点阵式微喷方案提出的理由, 即通 过增加微喷的个数提高总体推力。问题出在壁面导热 的特征时间 t h 将会缩短 , 因为高温向壁面非定常传导 的特征时间与壁厚的平方成正比, 而工作时间和线性 尺寸成正比。当线性尺度缩小 10 倍时 , 通过壁面导热 所需的时间将要比工质流出燃烧室所需时间快很多, 这说明工作单元的高温将迅速传导至邻壁单元而自动 点燃其燃烧室的燃料。如以硅为材料, 其装置密度大 约可作到 1 至数个 mm , 而作到 100 个 mm 的期望是 完全不现实的。 此例子说明微型化会改变相关物理因素在过程中 的重要性 , 使得原本次要的因素( 这里指壁面非定常传 导) 变得重要起来, 甚至会影响全局。因此 , 小型化不 是简单的几何缩小。 3. 2 尺度效应 3. 2. 1 表面积与体积之比的增大 当流动的特征尺度由 cm~ m 量级减小到 m~ mm 量级, 表 面 积 与 体 积 之 比 由 量 级 10 mMEMS) 即采用集成微电子工艺、
微细加工技术研究现状
［收稿日期］２００７－０４－１０［作者简介］喻永康（１９８１－），男，安徽宿州人，江苏信息职业技术学院机电工程系助教。
微细加工技术研究现状喻永康（江苏信息职业技术学院机电系，江苏无锡２１４０６１）［摘要］微细加工技术已成为涉及机械、电子、化工、材料等多种学科的现代高新技术，受到越来越多的关注。
文章主要介绍几种微细加工技术的研究现状。
［关键词］微细加工技术；微型化；现状［中图分类号］ＴＧ５０６［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７１－４８０６（２００７）０６－０００４－０３产品的小型化、微型化是２１世纪产品发展的主要趋势。
微小零件、微小装置在半导体工业、生物技术、微电子工业、远程通讯以及医疗行业中得到了越来越广泛的应用。
微细加工技术是实现产品零部件微型化的最基本技术，它已成为涉及机械、电子、化工、材料等多种学科的现代高新技术，受到越来越多的关注。
一、微细铣削微细机械铣削是近来新发展的微细加工技术。
美国学者ＣｈｒｉｓＪＭｏｒｇａｎ在松下ＷＧ－ＥＤ８２机床上利用电火花加工方法制作多晶金刚石刀具，然后在玻璃材料上铣削微细三维沟槽，如图１ａ）所示。
德国学者ＥｃｋａｒｔＵｈｌｍａｎｎ采用直径１００μｍ的微细铣刀在铜钨合金上加工出复杂形状的电火花加工电极，如图１ｂ）所示。
ａ）微细三维沟槽ｂ）微小三维电极图１微细机械铣削加工样件二、微细车削微细车削是加工微小型回转类零件的有效方法。
日本通产省工业技术院于１９９６年研制开发了世界上第一台微型车床，该车床长３２ｍｍ、宽２５ｍｍ、高３０．５ｍｍ，重量仅为１００ｇ（图２）；主轴电机额定功率１．５Ｗ，转速１００００ｒｐｍ。
用该机床切削黄铜，沿进给方向的表面粗糙度为Ｒｚ１．５μｍ，加工工件的圆度为２．５μｍ，加工出的最小外圆直径为６０μｍ。
图２微型车床图３微细车削加工工件日本金泽大学研究了一套微细车削系统，由微细车床、控制单元、光学显微系统和监视器组成。
机床长度约为２００ｍｍ，主轴功率为０．５Ｗ；转速为３０００￣１５０００ｒｐｍ，连续可调；径向跳动在１μｍ以内；装夹工件直径为０．３ｍｍ；Ｘ、Ｙ、Ｚ轴的进给分辨率为４ｎｍ；切削力通过一个具有３方向的力传感器来检测，以提高机床的运动精度。
微型助推器的原理
微型助推器的原理
微型助推器的工作原理主要有:
1. 使用高压气体作为动力来源,通常采用压缩空气或氮气。
2. 气体存储在高压气瓶中,通过减压阀可控地释放。
3. 气体经过推力室扩张,产生推力。
推力室连通喷管。
4. 喷管朝一个方向喷射气体,根据反作用力产生推力。
5. 调节气体释放量和喷射时间可以控制推力。
6. 采用围绕轴心对称的多个喷管设计可以得到向量推力。
7. 改变喷管朝向可以改变推力方向,实现姿态控制。
8. 安装电子控制系统,对气瓶释放、喷射顺序进行控制。
9. 小型化设计,使用微型喷嘴和高压气瓶减小体积。
10. 适用于小卫星、火箭和飞行器的姿态微调。
11. 结构简单,使用安全,能为小型飞行器提供稳定的微推力。
综上,微型助推器利用高压气体推力实现精确的姿态控制。
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(10x10x2.5 mm)
ion Electrospray Propulsion System (iEPS) for CubeSats • 可安装在CubeSat卫星上，可为之提供 各个方向的推进工作。 • 加电压后，推进器中的液体推进剂通过 微型喷嘴发射离子流，驱动卫星前进。 • 在这种太阳能离子喷射推进系统下，4 个推进器就能为普通的1UCubeSat提 供不同位置的控制和主要推动力。 • 1U CubeSat卫星本身尺寸为10 cm x 10 cm x 10cm，约4英寸，重2.2磅（ 约998g）。
Benefits from iEPS technology
• Removal of orbital debris • Formation flying: collaborative architectures • Servicing missions: inspection, docking, assembly and repair • Satellite de-orbit at the end of mission • 3-axis attitude control (including ultra-precise pointing) • Desaturation of reaction wheels • Change orbital elements • Counteract atmospheric drag at LEO • Interplanetary exploration: thrusting to the moon, asteroids and beyond
Schematic cross section of the ILIS arrays using porous nickel emitter substrates fabricated using the electrochemical etching process.
Electrochemical Etching Process
Thank you!
Microthruster
etched under pulsed voltage
SEM Images
Arrays
of individual emitters and arrays
Individual emitter 高度：150～170μm 顶部圆角：5 ～20μm
工艺待改进之处
• 部分样品刻蚀后存在残渣；
• 工艺成功率不高，50%
研究背景
• 大卫星造价高、风险大、重量大 • 微小卫星有效载荷尺寸小、功能密度高 （MEMS） • 传统推进系统笨重，需要微型化 • 微小卫星星座的分布特性可完成更多任务
工作原理
工作原理
• 推进剂效率衡量指标： 比冲（specific impulse） • 单位：秒（s）
工作原理
Chemical
工作原理
Electr脉冲等离子体推进器（Pulsed Plasma Thruster，PPT）
工作原理
Electrical
静电类（Electrostatic） • 霍尔推进（Hall thruster）：
工作原理
Electrical
静电类（Electrostatic） • 场效应离子推进（Field Emission Electric Propulsion，FEEP）：
Samples of 200-μm-diameter masks on porous nickel created using a DuPont Riston FX515 dry film resist.
Improvements
due to pulsed voltage etching
etched at a constant voltage
forms plateaus
smoothly round the emitter tips
Emitters are formed using a two-step electrochemical etching process.First, through-mask machining forms plateaus. Second, the plateaus are rounded with the etch mask removed.
• 冷气推进： 惰性气体作为推进剂 推进剂储箱→减压阀→电磁阀→拉瓦尔喷管 • 单工质： 工质经催化分解产生高温气体 • 双工质： 氧化产生高温气体 • 固体： 固体燃烧产生高温产物
工作原理
Electrical
电增强（Electrically Augmented） • 电加热（resisto-jet）：对冷气和单工质 • 电弧喷射（arc-jet）：
Leaders
• Manuel MartinezSanchez
• PROFESSOR OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS • FORMER DIRECTOR, SPACE PROPULSION LAB
• Paulo Lozano
• ASSOCIATE PROFESSOR OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS • DIRECTOR, SPACE PROPULSION LAB
Etching Apparatus
刻蚀仪器
Schematic of the etching station
样品电接触布局
Sample support and electrical contact configuration used in these experiments.
Dry Film Lithography
（the presented etches have occurred at a 50% duty cycle）
ion Electrospray Propulsion System (iEPS) for CubeSats
Ionic liquid ion sources (ILIS) arrays
thruster
工作原理
Electrical
静电类（Electrostatic） • 胶体推进（Colloid thruster）：
研究机构
• MIT Space Propulsion Lab, Department of Aeronautics and Astronautics, Massachusetts Institute of Technology
ion Electrospray Propulsion System (iEPS) for CubeSats
a 1U CubeSat prototype with 4 iEPS thruster modules and PPU electronics
应用于航天器的平面阵列的MEMS微推进器 推进器重5g 集成502个单个的推进器组成阵列 能够产生13μN的推进力
主要研究工作
2000
5%-10%LiCl 和甲酰胺
1999
Martinez-Sanchez 重新提出
2004
EMI-BF4，表面润湿； 二维阵列（MEMS）
2008
多孔镍内部润湿， 一维阵列
2012
多孔镍，改进工艺， 二维阵列
Ionic liquid ion sources (ILIS) arrays
Microthruster
微推进器
2013.12.30
Contents
• • • • • • 研究背景 工作原理 研究机构与工作 最新推进器阵列 工艺待改进 iEPS简介
研究背景
• 卫星分类（质量）
卫星分类 大卫星 中型卫星 小卫星 微型卫星 纳卫星 皮卫星 飞卫星 >1000 500-1000 100-500 10-100 1-10 0.1-1 <0.1 质量/kg