新型三维力觉传感器的设计与分析

提出了一种基于PVDF膜的新型三向力触觉传感技术,阐述了触觉传感头的设计思想和基本结构,并从原理上进行了分析,得到了计算空间三向力的公式,为实现新型的能用于智能机器人触觉的力传感系统打下了基础。     

霓达展出三维力矢量分布触觉传感器

霓达（NITTA）在2008年4月23～25日举行的“SENSOR EXPO JAPAN 2008”上展出了三维力矢量分布触觉传感器“Gel Force”。该公司表示“该传感器不仅可检测力的大小和分布,而且还可检测力的方向,这十分少见”。     

基于压电式传感器的力矢量测量模型研究

关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,推导出了3个分力和作用点坐标的求解表达式,确定了合理的传感器数目,建立矢量力求解的数学模型。实验表明,根据该模型研制的压电式力矢量测试系统能实现发动机力矢量测量要求。     

压电式轴上六维力传感器

本文对压电式传感器在力敏元件的选择、传感器结构的建立、力学模型、解耦原理与算法、传感器的标定等方面做了一个简单的介绍。对比了六维力传感器的两种空间布置结构,得到了正方形布置优于菱形布置的结果。并对其建立了相应的数学模型和解耦计算。通过对六维力传感器的种种分析,为轴上六维力的测量提供了一定的帮助。     

压电式触觉传感器的优化与应用的研究进展

对有机、无机压电材料在压电性能和机械性能上的优劣进行了简单阐述。对压电材料的改进与制备工艺进行了评述,包括掺杂钛酸钡纳米粒子的聚偏二氟乙烯纤维的制备方法、含不同体积分数锆钛酸铅的聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法、可3D打印不进行极化具备一定压电性能的压电传感器系统、通过长丝挤压技术制备液晶聚合物-锆钛酸铅复合材料的制备方法。阐述了通过改进结构和使用复合材料的方式提升压电式触觉传感器性能的发展现状,以及压电触觉传感器在医疗诊断、电子皮肤、人工智能、三维力监测方向上的实际应用,最后对压电式触觉传感器的发展进行了总结与展望。     

新型三维压电加速度传感器的设计

利用三维加速度测量的特点,研制了一种新型压电式三维加速度传感器。该传感器基于压电式,采用严格圆球型的惯性质量块和严格对称的压电陶瓷片,从而实现了三维加速度的测量。初步的实验结果表明:该传感器性能稳定,3个方向上灵敏度可达到3.0×10-3V.m/s2,其体积小、测量精度高、价格较低、灵活可靠,有重要的应用价值。     

基于探针形式的三维硅微力传感器

为满足三维微力测量的需求,以MEMS体硅压阻工艺技术为基础,研制了一种基于微探针形式,具有μN级三维微力测量和传感能力的半导体压阻式三维微力硅微集成传感器。传感器采用相互迟滞的4个单端固支硅悬臂梁,支撑中间的与微力学探针结合在一起的质量悬块的结构形式,在4mm×4mm的硅基半导体芯片上用MEMS体硅工艺集成而成。通过ANSYS数值仿真的方法分析了三维硅微力传感器结构的应力特点,解决了三维微力之间的相互干扰问题,并对传感器性能进行了测试。结果表明,其X、Z方向的线性灵敏度分别为0.1682、0.0106mV/μN,最大非线性度分别为0.19%FS和1.1%FS。该传感器具有高灵敏度、高可靠性、小体积、低成本等特点。     

一种简单的电容式三维力柔性触觉传感器设计

随着机器人智能化程度不断提高,机器触觉和机器视觉技术均得到了很大发展,但是目前大部分触觉传感器均不能满足触觉感知应用的要求。因此,提出了一种新型的具有滑觉检测功能的柔性三维力触觉传感器。该传感器能够将力量变化转化为气隙变化,进而引起电容发生变化。然后将接触力建模为实测电容的多项式函数,对传感器输出进行校正进而实现法向力测量和滑动检测。测试结果显示,提出的传感器能够以较高的精确度测量法向力,重复性好,并且能够检测滑动现象,在0-100mN测量范围内的法向灵敏度约为0.4 pF/N,均方根误差为1%。此外提出的传感器结构简单、成本较低,易于大规模生产和应用。     

基于PZT的压电触觉传感器的研究进展

锆钛酸铅(PZT)具有灵敏度高,响应速度快及压电常数大等优点,已被广泛应用于触觉传感器及超声换能器等领域。该文首先对基于PZT的触觉传感器的原理及制作工艺进行了阐述,再从材料优化、结构优化、柔弹性优化和可扩展性优化4个方面概述了PZT触觉传感器的研究进展,讨论了其在运动检测、医疗健康和人机交互领域的实际应用,最后对PZT触觉传感器的不足和未来发展趋势进行了分析。     

基于光纤光栅的机器人腕部多维力传感器

为实现机器人腕部等关节受力情况的测量,设计了一种十字型光纤光栅多维力传感器,该传感器由两个圆环及两环间呈90°分布的四个相同的等截面悬臂梁及粘贴于其上的光纤光栅组成.分析了传感器的传感原理并使用ANSYS对传感器进行力学仿真分析;研究了传感器不同部位受力时悬臂梁的应变情况;搭建了实验平台,进行了传感器的标定实验和温度补偿研究;通过对仿真数据和试验结果进行数学分析,得出了光纤光栅中心波长漂移量与传感器的受力关系.实验结果显示,该传感器能准确地测量腕部所受力的大小和位置,误差在1.6％以内,且抗干扰能力强,具有较好的稳定性,能在复杂环境中使用.     

基于脉宽调制器SG3525的一种新型车载电源设计

介绍了一种新型的基于脉宽调制器SG3525芯片的车载电源的设计.给出了车载电源设计的系统结构图,并分析了其中主要部分的功能.脉宽调制器SG3525具有欠压锁定、系统故障关闭、软起动、延时PWM驱动等功能,因而得到广泛应用.该电源利用脉宽调制器芯片SG3525产生正弦脉宽调制信号,实现了由直流12V到交流220V/50Hz的转换.     

基于新型电源供电的无线传感网络节点设计

基于新型集成式压电能量收集模块LTC3588-1,结合压电自发电单元特性,进行了面向环境监测的无线传感网路节点的设计.实验结果表明,与改进后的电荷捕获电路相比,系统具有能量收集效率高、传输距离较远等优点,有效地解决了无线传感网络节点能源供电的问题,达到了节能环保的目的.     

一种微带Ku波段功率合成电路

为了提高基于微带的微波功率合成电路在X波段以上的带宽及合成效率,对Wilkinson功分器进行了改进,从而提出了一种新型能够工作在X波段频率的Wilkinson功分器。在此基础上,结合双Schiffman正交移相器和MMIC芯片实现了一种Ku波段功率放大器,在13~16 GHz的饱和功率大于1 W,小信号增益大于20 dB,合成效率大于80%。     

一种电扫描三坐标雷达测高系统设计

给出了一种基于自适应多波束顺序比幅测角技术的三坐标雷达跟踪系统的设计方案。三坐标雷达测高系统中时常会因为障碍物遮挡波束或者RCS闪烁引起目标高度的突变。文中通过两种手段来改善测高时高度突变的问题,一种是在高度测量时采用自适应四波束顺序比幅测角技术,有效解决了三坐标雷达在测高时由障碍物遮挡和RCS闪烁引起的高度突变问题;第二种是在获得目标俯仰角后分别用α-β滤波和卡尔曼滤波处理数据过滤噪声,获取平滑的目标高度变化曲线。     

AOTF-NIR宽带功率超声换能器阻抗匹配网络的设计与优化

随着近红外声光可调滤波器（Near Infrared Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF-NIR）光谱成像技术在深空探测的广泛应用,超声换能器作为AOTF-NIR核心部件,对其工作带宽、光谱衍射效率及功率效率提出了更高的要求.超声换能器在不同频率下具有不同的输入阻抗,当驱动信号源输出阻抗与换能器输入阻抗失配时将会产生能量损耗,导致无法把功率最大限度的传递给换能器,从而使AOTF-NIR光谱衍射效率降低,影响光谱灵敏度.该文通过射频电路先进设计系统（Advanced Design System,ADS）仿真及实验测试,运用滤波器网络理论,采用LC无耗储能元件设计了一种带通型宽带匹配网络.最终在60-120MHz带宽范围内阻抗匹配网络的回波损耗S₁₁>-29.8dB,阻抗匹配网络功率效率达到90%以上.通过不断地微调优化匹配阻抗值及LC参数值,以此来提高光谱衍射效率,使光谱衍射效率最高达90%以上,提高了在620-1150nm波段内的光谱灵敏度及光谱成像清晰度.     

新型双频段正交模耦合器的分析和设计

正交模耦合器是天馈系统中的重要组成部件,其特性直接影响到整个系统的通信质量。提出了一种新型的极高频(EHF)、Ka双频段正交模耦合器,在收发端口获得了良好的驻波比特性,同时在发射频段具有很好的隔离度。借助三维仿真软件HFSS设计了一个应用在EHF、Ka频段的双频段正交模耦合器,对其尺寸和结构进行了优化,并进行了加工和测试。测试结果与仿真结果吻合较好,对所提出正交模耦合器的性能进行了验证。     

压电超声无线能量传输通道阻抗特性研究

基于压电晶体沿厚度方向振动的数学模型,用等效电路法分析得到表面镀银的某型压电超声换能器的谐振频率和反谐振频率,与实测结果相符。在考虑耦合层影响条件下,建立了由外部压电换能器-金属壁-内部压电换能器所构成超声无线能量传输通道的等效电路模型,并仿真得到了通道的阻抗特性,与高精度阻抗分析仪实际测得的阻抗进行比较,验证了所建模型的准确性。     

新型嵌入式电能质量监测装置的设计

电能质量监测技术是当前电力系统领域的研究热点。根据电能质量监测对于系统支持复杂算法和实时性的特殊要求，并在综合分析了目前电能质量监测现状的基础上，提出了一种基于DSP＋MPU构架的嵌入式电能质量监测装置的解决方案，将嵌入式技术和双CPU技术有机地融合在一起。分别讨论了设备的硬件系统和基于双CPU系统的软件设计思想。这种新型设计符合电能质量监测的最新发展要求，相对以往的设计，具有实时性好、性能高、体积小、成本低等优点，更适合于大量安装在现场。     

一种新型RCC式开关电源及应用

介绍了一种新型RCC式开关电源的工作原理及设计方法,与普通RCC电源由采样电阻实现自激振荡不同,本文所提出的新型RCC电路结构通过对电容充放电来实现自激振荡,可以使功耗降低,性能更稳定.该电路只需要少量电阻、电容、三极管等普通分立原件就可以得到优良的稳压输出性能,其电路结构简单,成本低,高效可靠.该新型RCC电源电路,被应用于一手机充电器的设计中,得到了实际的验证.     

一种新型柔性夹持高频超声换能器设计

为了提升高频超声换能器输出振幅与超声能量的传输效率,该文提出了一种新型柔性夹持高频超声换能器,并基于模块化设计思想,综合机电等效法、四端网络、有限元分析及柔度分析技术,系统建立了此类型高频超声换能器的设计方法,制作了换能器样机,搭建了换能器电学、动力学特性测试平台。激振实验表明,柔性夹持换能器输出端稳态振幅较传统夹持换能器提升了38.55%。换能器输出端动态振幅信号时域、频域分析结果表明,将柔性铰链机构和传统法兰夹持结构相结合,通过引入柔性转动副,柔性夹持换能器超声能量传递效率提高了5.16%。这表明柔性夹持法兰能够提升夹持结构的运动解耦能力,具有一定的应用前景。