基于激光多普勒技术的微悬臂梁机械特性的测量

介绍了一种微悬臂梁离面运动测试系统。结合显微激光多普勒技术,分析了用于间接测量微悬臂梁机械特性的方法,采用虚拟仪器技术建立控制系统,编辑器件激励和数据采集、处理软件,实现了对微悬臂梁的动态特性和杨氏模量、弹性系数等机械特性的测量。最后利用该测试系统对矩形、三角形微悬臂梁杨氏模量进行了实验研究,并计算了两种微悬臂梁的弹性系数。经实验证明,用该方法测量悬臂梁机械特性得到的弹性系数和杨氏模量误差小于7．5％。     

复合膜机械特性的片上测量

结合微型隧道效应磁强计的制作，在同一个硅片上制作了与磁强计功能结构相似的两端固支梁结构，采用谐振频率法，进行复合膜机械特性的测量，通过测量不同长度的梁的谐振频率，同时得到复合膜的杨氏模量和残余应力参数，测量结果表明，以浓硼硅为主要材料的复合膜的杨氏模量和残余应力分别为120.2GPa和－66.4MPa.     

基于高速摄像的双线性振动陀螺力学特性分析

针对微机械陀螺特征尺寸小、振动频率高,其动态特性难以精确评价的问题,提出了基于高速摄像技术、显微技术与数字图像相关技术的测试方案。并用此方法测量了双线性振动陀螺的固有频率、品质因子、—阶模态振型和杨氏模量。实验数据表明,系统分辨率可达0.01 μm,不同驱动频率下所测振子响应频率误差小于0.023%。     

一种低成本测量材料杨氏模量的方法

杨氏模量是一种重要的材料参数,对结构的固有频率,刚度等有着直接的影响。材料杨氏模量测量方法一般有拉伸法、共振法等,但这些传统方法通常要用到较为昂贵的设备及传感器。为了减小测量成本,文中将压电陶瓷片作为传感元件,利用悬臂梁结构,通过测量自由振动频率,并利用力学公式反推出杨氏模量。文中分析了误差的来源,利用ANSYS软件进行结构仿真,讨论了附加的压电片对悬臂梁的影响,选取较薄的压电片以减小测量误差。实验验证了这种方法可用于杨氏模量的测量。未来可以研究使用电脑麦克风进行数据采集,代替示波器以进一步减小测量成本。     

压电单晶梁发电机的能量效率

压电发电装置的能量转换效率主要取决于其结构形式、几何参数及材料性能等.为提高压电发电机的机电能量转换效率及其发电能力,利用欧拉一伯努利方法建立了发电装置的能量转换模型,研究了结构及参数等对压电发电机能量转换效率及发电能力的影响规律.结果表明,存在最佳厚度比(基板/总厚)可使发电机获得最大的能量转换效率和发电量;随杨氏模量比(基板/陶瓷)的增加,最佳厚度比降低,但效率提高.钼、铝基板发电机的最佳厚度比和效率分别为(O.4,2.74%)和(O.7,2.25%).此外,压电发电机的发电能力还与激励方式有关,恒力激励时存在的最佳杨氏模量比使产生的电量最多,恒位移激励时产生的电量随杨氏模量比的增加而增加.因此,设计时应根据激励方式确定基板的材料及合理的厚度比.     

硅微机械谐振压力传感器技术发展

硅微机械谐振压力传感器是目前精度最高、长期稳定性最好的压力传感器之一,是航空航天、工业过程控制和其他精密测量领域压力测试的最佳选择。系统阐述30年来国内外硅微机械谐振压力传感器技术的研究成果,简单介绍硅微机械谐振压力传感器的分类及工作原理,针对压力敏感膜片与谐振器复合结构和振动膜结构两种主要的芯体结构形式,详细论述硅微机械谐振压力传感器的研究历史、主要研究机构、国内外发展现状以及最新的研究成果,重点根据不同激励与检测方式对各种硅微机械谐振压力传感器的芯体结构进行深入分析比较。在此基础上,总结归纳不同芯体结构及其激励与检测方式的特点,并对硅微机械谐振压力传感器的未来发展趋势进行展望。     

基于薄片材料的无损检测方法概述

从概述的角度介绍了针对薄片材料无损检测的一种新方法。针对薄片材料在外部力学或者温度影响导致材料属性的变化,采用了远端激励和无接触测量的方式检测材料振动参数,从而达到测量材料属性的目的。该方法采用一种间接测量的途径,用以探究材料属性的变化,其可以方便的使用到多种复杂条件的环境中。薄片材料在受到外部拉伸力作用时,其力学及模态参数会随着时间的推移而改变.当在拉伸机环境下模拟该力学条件时,相应的使用声学途径激励薄片材料,同时使用激光振动仪测量薄片的物理参数,分析其模态变化,从而达到检测薄片材料属性变化的目的。实际试验结果表明该方法对于柔性或者不适合使用接触式传感器的检测限制下,能达到理想的无损检测效果。     

驻波管材料性能对隔声量测量影响有限元分析

利用商业有限元软件,建立了数值模拟驻波管法测量材料的有限元模型,通过与实验结果和理论解对比,探讨了驻波管材料的杨氏模量、泊松比、密度三个物理量分别对于隔声量测量的影响。结果表明,驻波管材料参数中对隔声量计算影响最大的因素是杨氏模量,当驻波管材料的杨氏模量为待测样品材料的杨氏模量的15倍以上时,测量结果才比较可信;杨氏模量较小时,泊松比和密度对结果有一定影响,杨氏模量足够大时,泊松比和密度的影响可以忽略。     

基于光切法小深度尺寸测量仪的研究

由于微机械中的零件结构尺寸小,并且有些采用柔性材料制造,采用接触式的测量方法检测受到限制,寻求有效的微测量手段已成为国际微机械研究的热点之一。本文探讨一种基于光切法原理的小型深度尺寸测量仪,该测量仪采用光学非接触方法,不仅可测量2mm内的高度尺寸,而且适合于用柔性材料制造的微小零件,测量精度可达±0.001mm,对被测件无污染、损伤。     

基于ΔE效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究

论述了基于ΔE效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究,分析了直流磁场导致Terfenol-D的杨氏模量变化及其对减振器的共振频率影响,提出了利用调节激励线圈中的电流改变Terfenol-D的应用磁场强度,导致Terfenol-D材料的弹性模量变化,从而使减振器共振频率在一定范围内改变的方法。通过简易悬臂梁机构进行的试验验证表明,利用Terfenol-D材料弹性模量的电气可调谐性能够实现减振器的共振频率调谐。     

高压法微小电容检测

微小电容测量电路广泛应用于各种工业过程中,尤其是在用于电容层析成像系统中.大多数的微小电容测量电路采用了基于交流电流测量或直流充放电方法.这些方法的共同优点是具有较高的灵敏度和抗杂散电容能力.而且其交流激励电压或直流充放电电压一般在20 V以下.为进一步提高微小电容测量的灵敏度和分辨力,本文提出了一种高压交流激励方式电路,该电路将交流激励电压提高到几百至上千伏.实验表明该方法大大提高了微小电容测量的灵敏度和分辨力,同时具有良好的稳定性和线性度.     

微机械及其相关技术

本文介绍了八十年代后期崛起的微机械技术发展动向概况,提出了从机电一体化角度考虑的微机械的定义,并从微机械的应用技术角度出发,归纳了发展微机械的几个主要相关技术:微机械的机构与结构设计、微马达和微传动、微传感器、微控制——智能系统、微电池电源以及材料与三维蚀刻工艺。最后对我国发展微机械技术提出三点建议。     

基于激波的MEMS微结构底座冲击激励方法研究

为了能够在较高的温度环境中测试MEMS微结构的机械模态参数,本文提出了一种以高压电容空气放电为手段,以激波冲击为特征的底座激励方法。阐述了基于激波的底座冲击方法的原理和具体实现方式,并分析了放电电容、回路电阻、回路电感等参数与激振装置激励能力的关系。设计并研制了可应用在室温环境中的MEMS微结构动态测试装置,并在此基础上研制了高温环境微结构动态测试系统,系统中使用基于激波的底座冲击激励装置对微结构进行激励,采用激光多普勒测振仪获取微结构的振动响应信号。分别测试了两种尺寸的单晶硅微悬臂梁在室温~500℃温度环境下的动态特性,结果表明微悬梁的谐振频率随温度的升高而减小,并呈近似线性关系,与其他研究人员的研究结果有很好的一致性,验证了基于激波的底座冲击激励方法的可行性。     

频响函数测量的脉冲激励方法

本文介绍了脉冲激励的试验原理；根据理论分析，着重讨论了用脉冲激励法测量结构频率响应函数时所涉及到的有关问题，并就具体问题相应地提出了有效的处理方法。     

基于宽频激励电磁声谐振 7075 铝合金板厚检出概率

电磁超声换能器(EMAT)换能效率低、激发信号弱,而基于长周期激励信号以产生声波共振的电磁声谐振技术(EMAR)虽然可以提高接收信号的信噪比,然而可能导致主脉冲加宽并扩大超声波检测盲区,降低测量精度。本文应用一种宽频激励电磁声谐振技术(BE-EMAR)和一种Halbach阵列纵波EMAT,以单周期宽频激励作为EMAT输入信号,并利用EMAR方法对7075型铝合金试件板厚进行测量,借助检出概率(POD)模型来表征该技术针对微金属板厚的测量精度。实验结果表明,在未降噪时BE-EMAR得到的三种信噪比下的POD曲线中,对应的a_(50)或a_(90/95)最大差异值为0.05 mm,同一信噪比下降噪前后的最大差异值为0.07 mm,而在时差法(ToF)得到的POD曲线中这一最大差异值则为0.21 mm,因此说明BE-EMAR降噪前后得到的结果并无较大差别,该方案对于常规噪声信号不敏感;且降噪前后,在BE-EMAR得到的POD曲线中,a_(50)和a_(90/95)均可稳定在0.55 mm以内,证明了BE-EMAR比ToF测厚具有更优的精度、稳定性和抗噪能力。     

微机械陀螺非线性特性的自由衰减振荡测量方法

针对微机械陀螺非线性特性的测量问题,研究了一种频率步进式正弦脉冲激励的自由衰减振荡测量方法。在谐振频率附近,采用步进式正弦脉冲序列作为激励信号,得到一组包含系统不同程度非线性动力学特征的自由振动响应信号。通过Hilbert变换提取自由振动信号的瞬时幅值和瞬时频率,计算得到骨架曲线簇,即可实现非线性动力学特性的实验测量。以Duffing系统为例,对不同信噪比自由振动响应信号进行了数值仿真,结果表明这种方法比FREEVIB方法具有更好的抗噪声性能。对一种环型振动微陀螺进行了实验测试,所得到的骨架曲线与传统扫频方式的测量结果一致。作为一种测试手段,这种方法同样可用于其他类型微机械谐振器动力学特性的实验测试。     

基于△E效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究

论述了基于△E效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究，分析了直流磁场导致Terfenol-D的杨氏模量变化及其对减振器的共振频率影响，提出了利用调节激励线圈中的电流改变Terfenol-D的应用磁场强度，导致Terfenol-D材料的弹性模量变化，从而使减振器共振频率在一定范围内改变的方法。通过简易悬臂梁机构进行的试验验证表明，利用Terfenol-D材料弹性模量的电气可调谐性能够实现减振器的共振频率调谐。     

基于微机械电子技术的黏度测量传感器

黏度作为流体特性的基本问题,在生物化工等诸多工程中是控制生产流程、保证安全生产、进行医学诊断及科学研究的基础性热物数据,为满足各个领域高精度与高效快捷的黏度测量需求,近年来黏度测量手段已不局限于如毛细血管法、旋转法等传统意义的宏观测量方法,基于微纳米尺度的黏度测量技术已展现出其突出的发展与应用前景.微机械电子系统(Micro-electromechanical systems,MEMS)技术的蓬勃发展促使黏度测量集成化、智能化与实时性,多样化黏度测量方法不断涌现,其中谐振式黏度测量受到颇为广泛而深入的关注,并显示了瞩目的 检测性能.首先回顾传统的黏度测量方法,然后再介绍了基于微机械电子技术的谐振式黏度测量方法,并分别总结了各自的特点.最后,对MEMS谐振式黏度测量方法的发展趋势进行了展望.     

船用计程仪传感器现场故障测量模型及应用

提出了一种船用计程仪传感器检测的新方法.依据电化学原理建立起传感器导电机理的数学模型,利用双脉冲激励源测量电路测量传感器、电极、海水综合系统的电导值,进而定量判断传感器的好坏.可在海上即时监测传感器的工作情况,克服了传统方法必须进坞上排后才能进行检测这一不足,可节省大量的人力,物力和时间.实验结果表明该方案达到了预期设计的要求.     

微型机械材料的残余应力测量

硅类薄膜材料是微机电系统使用的主要结构材料它的力学特性直接关系到微机电系统的可靠性和使用寿命，而残余应力是微型机械设计的一个十分重要的力学特性。概述了国内外微型机械薄膜材料残余应力的测量原理、方法和特点，可供微机电系统的设计和制造者参考。