基于超声电机的细胞微操作台设计与实验研究

针对生物医学工程对微/纳操作手的需求,提出了一种能够实现对微小细胞进行多重操作的微操作台。该平台由三自由度精密定位仪、负压驱动部件(V型直线超声电机、注射器和硅胶软管)和玻璃基纳米通孔构成。定位仪的定位精度为1μm,操作简便,定位效率高。利用负压驱动部件的V型直线超声电机产生吸附力,可以精确地吸附并控制特定的生物细胞。玻璃基纳米通孔的外径小于50μm,可以操作更微小的生物细胞。该操作台首次采用自主设计制造的V型直线超声电机和玻璃基纳米通孔作为关键部件。生物细胞操作实验表明,此操作台最终实现了对生物细胞的定位、吸附、释放和移动等操作,所操作的细胞大小在20μm以内。     

面内弯纵型直线超声电机的数学模型与实验研究

提出了一种弯纵复合振动型的直线超声电机,电机由一块金属板和8片压电陶瓷片组成,金属板开设了4个长形孔,金属板开孔使电机的工作频率点得到优化.通过电机定子的机电耦合分析,提出了弯纵型直线超声电机的数学模型.弯纵复合振动的激发使定子驱动足的椭圆运动轨迹得以形成.通过实验验证了电机的可行性.     

压电尺蠖直线电机的设计

为实现大行程、高分辨率精密驱动,该文提出了一种压电尺蠖直线电机的设计方法。首先,基于尺蠖运动原理,对电机进行了结构设计,它包括左、右箝位机构、驱动机构和输出轴,左、右箝位机构结构相同,用来对输出轴交替箝位与释放,驱动机构可以微米级及纳米级地步进输出位移,在左、右箝位机构及驱动机构的共同作用下,输出轴可连续输出大行程直线位移,该电机结构简单紧凑,便于调节,并可断电自锁;其次,采用有限元法对箝位机构及驱动机构进行了仿真分析,初步获得了电机的静、动态特性;最后,基于所搭建的实验系统,对电机的静、动态特性进行了测试。结果表明,在5mm的运动范围内,电机输出位移具有良好的直线性;在50 Hz的驱动电压作用下,电机运动速度为59.1μm/s;电机输出位移具有较高的分辨率,达到21nm。     

基于能量法的微驱动器静电弹性耦合分析

以微泵静电驱动结构为例,基于静电和弹性薄板理论,应用瑞利-黎兹能量法建立了周边固支边界条件下,静电驱动圆膜弯曲振动的谐振频率及相应振型的理论模型。位移振形的模态分析及频率计算结果均表明该计算实例的谐振频率为635Hz,为微驱动器的设计及控制提供了理论依据。     

高动态位移ScAlN基超声换能器的设计及制作

超声探测作为重要的感知技术,其探测性能一直是学术界研究的热点。针对薄膜超声换能器谐振位移低,导致输出声压较低,从而影响探测性能的问题,该文提出了一种高动态位移的薄膜ScAlN基超声换能器结构,该结构直径为360 μm,中心处膜层由4根悬梁支柱固支,通过微机电系统（MEMS）微纳加工技术制作了换能器阵列。测试结果表明,该器件谐振频率下,中心处动态位移可达2.16 μm/V。此外,该结构使膜层振动模态转变为输出声压更高的活塞型模态,相关工作为空气介质中长距离超声测距传感器的研究奠定了基础。     

基于Nios Ⅱ的超声电机驱动控制电路

针对直线超声电机的特点,设计了一种以FPGA为核心、基于SOPC技术和NiosⅡ软核处理器的新型超声电机驱动控制器,以控制直线型超声电机的速度和位移。该驱动控制器把CPU、DDS模块以及光栅反馈计数模块都集成在一片FPGA中,具有电子元件使用少,功耗低,易修改、易升级等特点,为超声电机的各种运动平台提供了一个良好的闭环控制系统。     

新型面内纵-弯复合型直线超声电机研究

为了找到一种推重比大、更利于微型化的定子结构,设计并研制了一种面内纵-弯复合型直线超声电机。探讨了该型电机的工作原理及定子驱动足椭圆轨迹形成条件,并利用有限元分析软件对定子结构进行优化设计。制作了样机,且验证了电机设计的可行性和合理性,并开展了定子驱动足振动性能和电机输出性能的实验研究。结果表明,在激励电压峰-峰值200 V、预压力20 N、激励频率45.7 kHz、相位差90°条件下,电机左、右运行的空载速度分别为0.25 m/s和0.22 m/s,最大推力为3.4 N,推重比达47(定子质量为7.36 g)。与面内纵-弯直线超声电机原型样机相比,开槽定子的驱动足振幅增大,电机输出速度和推力显著提高(空载速度提升了51.5%,最大推力提高了36%),有利于直线超声电机的微小型化。     

基于相位解卷的位移测量系统

为了实现适度光反馈机制下对微位移进行测量的目的,采用了相位解卷的位移测量方法。该方法是在对系统参量C和α进行提前分离测量的基础上,通过寻找自混合干涉信号的特殊点,即峰值点、谷值点及转折点,恢复了含光反馈时的外腔相位,对外腔相位进行进一步的处理得到了外部运动物体的位移信息。仿真分析及实验结果验证了该测量方法的可行性。结果表明,对于十几微米的振动,该系统的测量误差仅为±30nm。这一结果对高精度微位移及微振动的测量是有帮助的。     

电磁控制的亚微米微位移机构

<正>亚微米微位移机构是现代精密机械与精密仪器的共同基础。近年来随着科学技术的发展,尤其是微电子技术的飞跃进步,将精密机械与精密仪器的精度提高了一个数量级,即由微米级的精度提高到亚微米级,因此作为精度补偿及微调机构的亚微米微位移技术,得到了迅速的发展和广泛地应用。目前亚微米微位移技术日趋成熟,实现亚微米微位移的方法很多,本文着重讨论电磁驱动原理,位移机构设计中的问题以及利用该原理设计研制的亚微米微位移机构的实验结果。 电磁驱动原理     

一种弯曲模态直线超声电机的研究

提出了一种改进的弯曲模态直线超声电机。该电机利用兰杰文振子两相正交的3阶弯曲振动,在其驱动足处形成椭圆运动,推动动子运动。采用超声变幅放大了定子驱动足处的振幅。利用有限元方法用来设计定子的结构尺寸。实验表明,在电压峰-峰值200V下,该电机最大空载速度为113mm/s,最大输出力为10N。     

基于硅的微型燃料电池的研究

介绍了基于硅的微型燃料电池的国内外研究动态，总结了微型燃料电池的研究成果，并对其制作方法中的关键技术进行了阐述。在此基础上，根据微通道的特性，分析了电极板上各种不同截面形状的气道对微型燃料电池性能的影响。当由气道决定的水力直径Dh由大变小时，在同样的实验条件下，电池性能开始逐渐变好，达到一个最佳值后，性能又逐渐下降。     

用于微装配的三维微力传感器的研究

采用硅基应变片设计了一种可用于精密微装配作业过程,检测x、y、z方向微接触力的三维微力传感器;经微小改动后,该传感器可成为五维微力传感器。分析了力传感器测量原理,建立其测量模型,并设计了传感器信号放大电路。测试了微力传感器的性能指标,在x、y、z3个方向的微力测量分辨率为0.001 N,测量精度可达0.005 N,测量范围为-0.5~ 0.5 N。最后设计了微装配作业控制系统,并利用该传感器实现力位移混合控制,顺利完成了180μm微型轴与200μm微型孔间的精密微装配实验研究。     

基于声表面波热膨胀微阀研究

研制了一种新的声表面波控制开关的微阀。在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器,其激发的声表面波加热微槽内石蜡油,熔融其上方微腔内固体石蜡,石蜡由于相变化而体积膨胀,使得微腔顶部的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜发生形变,微阀由开态转变为关态。红色染料溶液微流体为实验对象进行微阀操作实验,结果表明,声表面波可有效实现微阀的控制,且微阀开关时间随所加电信号功率增加而减少,在32dBm电信号功率作用下,微阀关闭时间为3min。     

基于原子力显微镜(AFM)的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题 ,提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统 ,采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明 ,得出主要参数优选的一般方法 ,讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验 ,实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工 ,并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工     

微细电火花加工装置的设计与应用

设计开发了一台用于微细电火花加工的微细加工装置，它主要由以下几个部分组成：花岗岩基座、精密伺服机构、精密高速旋转主轴、线电极磨削装置、微细电火花加工用的RC脉冲电源、加工状态检测系统和控制系统。在该装置上可以进行微细轴、微细孔和微三维结构的加工。具有4轴3联动功能，控制方便，容易实现数控插补功能。加工实验表明，在该装置上能稳定地加工出最小直径为Ф12μm的微细轴以及Ф25μm的微细孔，其长径比可分别达到25和10以上。并对半导体硅材料进行了加工实验，加工出的硅微梁深宽比达15以上。此外还给出了所加工的微三维结构实例。     

哈尔滨网民上网行为及精神状态调查--以哈尔滨商家微信营销为例

随着互联网技术的快速发展，微信已经普及到生活中的方方面面，微信能够有效地加强消息传播行为，越来越多的商家在进行在线微信营销。微信营销能快速推广品牌，与传统的发放传单的方式相比成本低而效果好，关键是要找到潜在的消费群体。本文从哈尔滨本土商家的现有微信营销模式进行调研分析，通过经典案例剖析以进行哈尔滨商家微信营销发展趋势预测，希望对其合理健康发展提供依据。     

一种基于惯性动量作用的微压电泵

提出一种新的微压电泵工作机理,采用环形流道式泵腔与两个无运动件阀,形成双级惯性动量作用机制。通过减小腔内回流比例、增大正反方向流阻差,提高泵液效率与输出泵压、减小输出脉动。仿真结果表明该工作机理是可行的。     

隧道加速度计的发展概况

利用隧道电流对于位移的敏感性，可以制作高分辨率的加速度计。本文介绍了隧道加速度计的工作原理，特点及发展趋势。     

基于微小孔径衍射的光纤耦合研究

光纤耦合方式影响光纤耦合效率和信息的完整性,为此研究了基于微小孔径衍射的光纤耦合,从直接耦合、微小圆孔耦合、微小透镜耦合到畸变微小透镜耦合,通过考察束型、强度分布、光斑大小等改变,进而提出了鱼眼镜头光纤耦合方式,获得了平顶化聚焦光斑。计算机模拟实验表明,这种鱼眼镜头耦合方式改善了耦合效能。     

压电陶瓷电机驱动的三维微动定位平台及验证

压电陶瓷电机具有高分辨率和压电驱动装置的动态特性,具有体积小、结构紧凑、成本低、输出力大、响应快、精度高、无电磁干扰等特点,但存在滞后误差、垂向位移误差,行程短的问题,尤其在电极损耗后,补偿量增大,严重影响了定位精度和难以满足三维加工的工作要求。该文通过对压电陶瓷电机驱动的百毫米以上超精密加工三维结构平台的性能研究,采用宏微双驱动协调控制,实现大行程和小步距的有机结合,对微动精密工作台性能进行实验,得到了平台运行的特性曲线。结果表明该机构的动态性和稳态性能良好,实现超低速、响应快、超高分辨率、高精度的双向步进运动,可以达到亚微米至纳米量级的定位精度,满足极微细电火花加工的高精度要求,为进一步研究压电陶瓷电机在超精密运动系统的应用、提高系统的定位精度,提供科学依据。