摘要：

随着空间碎片数量的逐年增加，以及航天器任务复杂度与极端环境适应性要求的不断提高，航天器结构的运行状况、损伤诊断、寿命预测与可靠安全性评估，显得尤为重要。航天器结构健康监测技术作为有效手段，通过布置于结构中的传感系统，获取结构特征信息并经算法处理，分析评估结构状态，从而确保航天器各阶段的安全稳定运行。本文聚焦于航天器结构健康监测的关键技术，首先从信息获取的传感端，综述了光纤传感、声发射传感、声表面波传感的技术特征、应用现状、当前问题与发展方向，随后介绍了传感系统部署方法与信息处理的诊断评估算法研究进展，最后总结展望了航天器结构健康监测技术的发展趋势与主要挑战。

摘要：

微型电容式压力传感器在生物医疗、无人机定位、可穿戴设备等领域有着重要的应用价值。本研究以MEMS电容式表压压力传感器为研究对象，面向植入式生物医疗应用设计并制造了一款高精度的压力传感器。本器件由带固定极板的玻璃衬底和带膜片的SOI晶圆通过阳极键合形成。当存在压强差时，膜片产生形变导致器件电容的变化，进而读出电路通过检测变化电容计算出外界压强。在结构设计上，本文提出了带膜片的凸台设计，实现了对电容式压力传感器非线性问题的改善，在ANSYS有限元仿真下，非线性度由无膜片的约17%改善到7%。凸台结构的制造工艺采用TMAH对硅的各向异性腐蚀而成，并将SOI埋氧层作为停止层得到了较高的器件一致性。最后搭建了电容式压力传感器的封装测试平台，并对输出结果进行标定。最终在0~40kPa相对大气压的压力值的测量范围下，本器件实现了0.30%的测试精度、8%的非线性度以及低至0.09%的重复性误差。

摘要：

在火箭发动机超高声压噪声测量领域，无振膜封装的光纤激光传声器耐压优势凸显。然而在工程应用中由非平衡干涉仪引入的相位噪声问题限制了其性能发挥。本文围绕光纤激光传声器阵列调制系统中非平衡干涉仪引入的相位噪声问题展开分析。首先，分析了调制系统的工作原理以及非平衡干涉仪相位噪声的来源，并将稳定的激光器光源入射至传声器系统共用的非平衡干涉仪，建立了具备光相位噪声抑制的光纤激光传声器阵列系统；之后，结合微分交叉相乘解调算法对抑制原理进行分析，利用光参考噪声去抵消干涉仪引入的噪声，进而达到动态抑制噪声的目的；最后，对传声器阵列系统进行了数值仿真和实验验证。实验结果表明：在外场实验条件下，非平衡干涉仪中测量的相位噪声与未引入光参考噪声的系统相比，传声器阵列7个基元的噪声由±0.34 rad左右减小到±0.15 rad以内，在噪声峰值处实现了7 dB以上的抑制效果，噪声功率谱密度由-25.02 dB/Hz降至-32.93 dB/Hz以下，相位噪声的抑制效果显著。

摘要：

为满足惯性导航、自动驾驶等领域的应用需求，实现微电子机械系统（MEMS）硅陀螺仪向高精度、数字化和微小型化的方向发展，本文基于0.35 μm BCD工艺（双极型-互补金属氧化物半导体-双扩散金属氧化物半导体工艺），采用单芯片集成方式，设计并实现了一款具有数字化输出的MEMS硅陀螺仪接口电路。采用基于噪声自激的闭环驱动方案，使陀螺仪在驱动方向上实现简谐振动。检测电路使用低噪声电容-电压（C/V）转换电路，将检测模态位移信号转换为电压信号。信号处理通过开关相敏解调技术进行精确解调，并结合低通滤波处理，有效抑制系统噪声，从而获得低噪声的模拟角速度输出信号。为了实现硅陀螺角速度的数字化输出，设计了集成的四阶全前馈Sigma-Delta （ΣΔ）模数转换器（ADC），将模拟角速度信号转换为数字信号。芯片测试结果表明：ΣΔ调制器的动态范围达到110 dB，低频噪底约为-120 dB。陀螺整机的量程为±200(°)/s，标度因数为21 310 LSB/（(°)/s）（最低有效位每度每秒），非线性误差为178×10^-6，零偏不稳定性为0.259(°)/h，角度随机游走为0.028 7(°)/√h（度每平方根小时）。该芯片面积为4.3 mm×4.3 mm。通过采用单片集成的接口ASIC（专用集成电路）替代传统的PCB（印制电路板）板级系统，显著提高了系统集成度，成功满足了MEMS硅陀螺微小型化的需求，推动了其在高精度数字化应用中的发展。

摘要：

固体火箭发动机被广泛应用于航天运载火箭、导弹武器推进以及航天器姿态和轨道控制等领域，其尾焰温度是评估推进剂燃烧性能和发动机工作效率的关键参数。由于固体火箭发动机尾焰具有高温、高压和强冲刷的特点，试验现场环境通常伴随着强振动、强杂散辐射、粉尘污染和高噪音，这对测温技术提出了挑战。本文总结了现有固体火箭发动机尾焰接触式测温和非接触式测温技术的发展状况，分析了现有测温技术的优势与不足之处，并指出多光谱辐射成像测温法及其真温反演算法是目前及今后研究热点。