基于柔性铰链的液体粘度测量方法研究

针对液体粘度的在线测量问题,提出了一种基于柔性铰链的液体粘度测量方法。采用电磁驱动,使柔性铰链探头在被测液体中进行往复运动;结合专用的电磁线圈驱动电路、信号调理电路以及多路信号同步采集与实时显示、处理软件,基于柔性铰链的平行四边形结构优势,通过检测铰链探头在被测液体中的振动特性,获取相应运动的阻尼因数,从而推算出被测液体的粘度。通过实验研究,实现了对铰链运动振动特性的实时测量、高精度采集和处理,并进行了测量系统标定,建立了阻尼因数与液体粘度的数学模型,最终,通过与标准粘度计的测量结果进行比对,验证了该测量方法的有效性。     

用于10-6N~10-5N微力测量的柔性铰链机构设计

在基于静电场原理的微纳力值测量系统中,力值的传递与转化机构起着至关重要的作用。选择平行四边形柔性铰链机构作为其弹性元件,以实现10-6N量级的力值测量。分析了柔性铰链的数学模型,研究了其静态与动态刚度;根据系统要求确定了柔性铰链的目标刚度,并采用有限元方法对其进行优化设计和模态分析;分析了加工精度对铰链刚度的影响。将该铰链用于微力测量系统中,通过实验给出了刚度测试结果和力值测量结果,实验表明,该平行四边形柔性铰链满足微力测量系统对10-6N量级的力值测量要求。     

旋转式FBG粘度仪的研制

为测量液体的粘度,设计并研制了一种基于旋转式的高灵敏度且抗电磁干扰的光纤 Bragg光栅（ FBG）粘度仪。该粘度仪传感器部分由弹性空心圆柱体与定子相连接组成,光栅贴于弹性空心圆柱体内壁。经计算得,该粘度仪的灵敏度为80 pm/（Pa·s）。用蜂蜜和食用油进行实验,在旋转速度同为120 rad/min的条件下,测得的平均动力粘度分别为10.15 Pa·s与6.6 Pa·s。实验结果表明：旋转式FBG粘度仪的测量结果在合理范围以内。     

基于柔性铰链的杠杆-平衡机构的运动特性分析与参数设计

基于微小力测量（mN级分辨力,N级测量范围）的柔性铰链杠杆-平衡机构,建立了此机构的运动数学模型,并利用有限元方法对该数学模型进行了验证。数学模型计算及有限元分析结果表明,减小柔性铰链的刚度、增大平行四杆机构的长度能增大被测力产生的位移,通过合理地选择铰链支点两侧的杠杆长度,能设计出所需的杠杆比及运动模型,从而为该机构的设计提供了理论依据。     

绳驱动柔性上肢外骨骼机器人设计与控制

为了提高上肢外骨骼机器人的拟人化程度及关节柔性,设计了一种由串联弹性驱动器和鲍登线驱动的4自由度柔性上肢外骨骼机器人.首先,设计一种六连杆双平行四边形机构,建立肩关节虚拟转动中心,满足人体肩部3自由度运动需求.然后,设计基于串联弹性驱动器和鲍登线的驱动模块,将驱动器和机器人关节分离,降低结构的复杂度,减轻关节质量,实现力矩/位置信息的反馈.最后,构建机器人运动学及动力学模型,设计关节阻抗控制器并对样机肘关节进行阻抗控制实验.由实验结果可知,刚度系数在0.5 N·m/(°)～1.5 N·m/(°)时,力矩跟踪均方根为0.33 N·m;阻尼系数在0.001 N·m·s/(°)～0.01 N·m·s/(°)时,力矩跟踪均方根为0.57 N·m.实验结果表明,调节阻抗控制器中的阻抗系数能够改变关节的刚度和阻尼特性,从而提高人机连接的柔顺性.因此该机器人可以满足康复训练需求.     

旋转式FBG粘度计设计与有限元分析

设计了一种用于测量液体粘度的旋转式光纤布拉格光栅(FBG)粘度计.对旋转式FBG粘度计的主体结构进行有限元分析,有限元分析表明:在转速同为44 r/min的条件下,当设置液体粘度参数分别为0.5,0.75,1.5Pa·s时,传感元件的最大应变量分别为2.578×10-6,3.836 × 10-6,7.502×10-6,扭转角度分别为1.32°,2.04°,3.83°.结果显示:改变液体的粘度值能够对测扭传感器扭转形变产生影响,并且呈一定的线性关系.有限元分析为研究传感器的工作原理和改进传感器的结构性能提供了依据.     

基于电磁学的液体粘度测量方法研究

基于电磁学原理,设计了一种液体粘度测量装置,介绍了其测量原理,搭建了测量装置,并对几种常见液体进行了测试实验.实验结果表明:测得的数据与液体粘度具有良好的相关性,反映了液体的粘度.该粘度测量装置结构简单,易于实现,由一对电磁线圈控制磁性活塞在液体中往复运动,通过测量活塞的运动时间来获取液体粘度.     

一种新型六维鼠标在虚拟现实技术中的应用

介绍了一种基于力和力矩控制原理的新型力传感器装置——六维鼠标。它采用并联机构作为机械主体,用新型柔性铰链代替传统的运动铰链连接而成。具有精度高、体积小等优点。在系统分析其工作原理的基础上,给出了基于该六维鼠标的虚拟现实系统的建立方法和并联平台的仿真实例。     

磁悬浮振动传感系统及误差分析

利用磁悬浮技术设计一款惯性振动传感器,对传感系统进行受力分析,得出系统二阶运动方程;同时进行磁路分析得到系统刚度表达式,涡流分析得到系统的阻尼表达式,进而计算出传感系统的各部分参数,其刚度值为140N/m,固有频率为11.2Hz,阻尼为2.56N·s/m;通过分析传感系统的温度误差与非线性误差,提出误差补偿方法:对温度误差进行热磁分流补偿,对非线性误差进行线圈补偿;标定得出传感器的灵敏度高达220V·s·m-1;使用该传感器对爆炸冲击信号进行测量,实验结果表明该传感器能较好地描述爆炸振动信号;并且该传感器有灵敏度高、结构简单、防电磁干扰等优点。     

基于有限元方法的3-PPSR大长径比柔性并联机器人刚度模型分析

为实现较大工作空间的运动,设计了一种大长径比的3-PPSR结构的微操作柔性并联机器人.该机器人由压电马达驱动,采用大长径比柔性铰链连接,柔性铰链的变形范围在毫米级,适用于要求大变形的场合,同时具有结构简单、无奇异、无间隙、运动精度高等特点.由于系统的刚度直接影响系统的运动精度、承载负荷等性能,针对大长径比柔性铰链特点,运用有限元方法,建立了柔性铰链的数学模型,并采用整体刚度的方法,结合机构协调方程和力平衡方程,得到系统的柔性刚度模型.最后,采用ANSYS比较了所建理论刚度模型结果与有限元模型分析的结果.分析结果表明,理论刚度模型合理,符合机构的运动特征.     

基于卡尔曼滤波的四轴飞行器成像、惯性和高度组合导航

为了提高四轴飞行器在非结构化、室内和GPS失效环境下的导航精度,本文提出一种用于四轴飞行器的成像、惯性和高度组合导航。首先对四轴飞行器搭载的摄像机进行了标定,获取了摄像机的内外参数。其次设计了着陆标志为标准参照物,以及着陆标志识别方案。再利用卡尔曼滤波器融合视觉、惯性测量系统和超声波测距仪的数据,通过相似三角形定理估计飞行器的相对高度,利用视觉测程法估计飞行器位置和位移速度。最后验证组合导航的有效性,用成像、惯性与高度组合导航实验平台依次进行了相对高度估计实验、平移速度和相对位置估计实验,实验测试表明:在高度估计实验中,组合导航能够很好的描述四轴飞行器的飞行高度估计;在平移速度估计实验中,卡尔曼滤波器估计的速度估计值很平滑;相对位置估计实验中,四轴飞行器的x方向位置保持在原点附近,y方向位置保持在-1.0 m附近,高度位置的最大误差在0.3 m之内。     

基于响应面法和遗传算法的多自由度微陀螺性能优化

为了兼顾微陀螺的灵敏度和带宽,实现其性能优化,将特征提取、响应面法与遗传算法相结合,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法。该方法基于特征提取确定设计变量及约束条件。通过BBD(Box-Behnken Design)方法采样,结合最小二乘法构建微陀螺灵敏度和带宽的响应面近似模型,运用多目标遗传算法对响应面模型进行优化。通过计算Pareto前沿最优解获得一系列优化方案,可同时将灵敏度和带宽分别提升19%和12%,也可在灵敏度不变的前提将带宽拓展78%,可根据实际需要选择不同的优化方案。对原设计和优化方案进行仿真对比,验证了优化设计结果的正确性。采用该方法对多自由度微陀螺的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,为微陀螺的优化设计提供一种新思路。     

压电陶瓷驱动器迟滞建模方法研究

压电陶瓷驱动器是原子力显微镜(AFM)的关键组件。AFM在生物、材料及半导体等领域应用广泛,而利用AFM获得高精确的测试结果依然面临诸多挑战。其中,压电陶瓷驱动器具有迟滞、非线性等特点,在大范围高频工作状态下,对定位精度的影响更显著,这严重限制了AFM的进一步应用。本文围绕大范围压电陶瓷驱动器的迟滞性展开研究,设计一种基于改进型多项式拟合算法的迟滞建模方法,使得拟合模型可随输入信号频率的变化而变化,充分提高压电陶瓷迟滞模型的准确性。实验表明,该方法可为压电陶瓷驱动器建立准确的迟滞模型,建模过程简单,通过设计基于该迟滞逆模型的前馈控制算法,可使驱动范围在100μm的压电陶瓷驱动器的线性度提高至1.5%。     

电感变化率对涡流传感器性能影响的仿真研究

为了提高涡流传感器的电感灵敏度和热稳定性,研究了探头线圈的结构、激励频率和温度对线圈电感变化率的影响。首先通过COMSOL Multiphysics仿真软件构建稳态物理模型并加入瞬态温度模块,通过参数化扫描仿真,验证该模型的合理性。其次在稳态恒温实验条件下对线圈内外半径、厚度、匝数进行仿真,得到导线直径不超过40μm、内半径0.1mm^0.5mm、外半径2.5mm的60匝单层平面线圈的电感灵敏度和测量分辨率最佳。最后在瞬态变温实验条件下得到激励频率900kHz时可以最大程度的提高传感器热稳定性和电感灵敏度,减小温度引起的误差。     

血液静电泵的碟型阀门设计

以碟型阀门为对象,利用阀门流量与碟阀开角的相对指数关系,基于流体力学关于流量与压力差、阀门管道面积、流量系数间的关系,在压力差、阀门管道面积不变的条件下,建立了流量系数与开角的指数关系。从而得到阀门实际流量与碟阀开角、压力差、阀门管道面积的具体数值关系,以设计岀碟型阀套的合适的最小半径。将血液静电泵的设计原则应用于碟型阀门设计,选用不同的流量系数计算并绘制出不同阀门半径、碟阀开角与压力差的关系图。如何选择合理的阀门半径是本文研究目的所在,以保证阀门打开时,血流畅通无阻。再由碟阀半径、开角、流速,计算了雷诺系数并核对了所选流量系数;还研究了因阀门的快启导致血流施加于碟阀上的冲击力,进行了碟阀及其把柄的强度核验。     

基于MEMS传感器的道面坡度提取方法

道面坡度测量对于精细化导航系统及场面运行模拟系统的开发具有重要的意义。采用微机械电子系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)传感器进行加速度估计的方法提取道面坡度通常需要增加额外的传感器,同时还会受到累积误差的困扰。仅利用智能手机的传感器,通过零加速状态检测的方法对旋转四元数进行重置,实现了累积误差的修正,并提出了一种新的坡度提取方法,在不需要额外传感器提供辅助参数的情况下,利用重力加速度方向不变性,通过载体坐标系中的重力加速度矢量方向的变化间接地实现了道面坡度信息提取。实验结果表明,本文算法可以准确地提取道面坡度信息并实现对道面坡度信息的定位。     

综合灵敏度和品质因数的电涡流谐振测量电路参数优化

为提高电涡流传感器的性能,综合考虑了测量灵敏度和回路品质因数两个重要影响因素,研究了其谐振测量电路的参数选择优化方法。在不影响问题性质的前提下,建立了调幅谐振电路的等效简化模型。首先推导了电路阻抗和幅频响应函数的解析式,通过MATLAB数值仿真,分析耦合电阻R0,谐振电容C0对灵敏度影响。其次推导了测量回路的品质因数Q公式,并分析了R0和C0对Q的关系。最后通过实验验证参数取值对测量电路的影响,为电涡流传感器测量电路参数优化选择提供了有效的指导和参考。     

粒子群优化算法专利技术浅析

粒子群优化算法又称微粒群算法,是-种智能优化算法,主要用于优化函数、训练神经网络,以及其他进化算法的应用领域。本文简介了粒子群优化算法的发展历史及现状、主要分类,并以国内外专利申请数据为分析样本,从专利逐年变化的申请量和申请人分布等角度进行了分析和研究。     

天津市非物质文化遗产传统美术项目产业化发展策略

文章以天津市非物质文化遗产中的传统美术为切入点,通过对天津市传统美术项目的发展现状及产业化现状进行分析来寻找适合天津非物质文化遗产项目产业化发展的开发策略。     

时序InSAR技术地表沉降监测结果可靠性及沉降梯度分析

为系统评价时序InSAR技术监测结果的精度和可靠性,进一步挖掘监测结果中隐藏的空间地理信息,利用两种时序InSAR技术对天津市及周边区域地表沉降情况进行监测,并基于水准数据测量结果、不同时序InSAR技术监测结果以及夜间灯光数据二次分析结果,研究了系统评价监测结果可靠性的方法,对监测结果进行了精度和可靠性的评价。在此基础上,基于ArcGIS空间插值与梯度分析方法,对研究区两个重点沉降区域进行了沉降梯度分析。研究结果表明:1研究区时序InSAR技术监测结果精度较高、可靠性较好;2重点沉降区域分布于天津市市区周边辖区,而市区相对比较稳定;3沉降梯度较大区域多分布于"沉降漏斗"的边缘,沉降梯度大小与沉降速率之间没有直接联系。