驱动内窥OCT的超声电机研究

光学相干成像技术(optical coherence tomography,简称OCT)是一种新型的成像探测技术。为了驱动血管OCT环向扫描,进行血管疾病的早期诊断,研制了直径约1mm的超声电机。为此,先后研究了直径为1mm的压电圆柱型超声电机,切角为0.8mm的压电方柱型超声电机,外径为1mm、内径为0.6mm的压电管型超声电机和空心金属方柱(边长为0.6mm)压电片复合超声电机。这些电机分别驱动OCT组成内窥探头,获得了不同分辨率的生物组织扫描图像,其最高纵向和横向分辨率达到7.5μm和6.5μm。简要介绍了超声电机的设计、模拟计算、实验方法和主要性能。     

卧式板型直线超声电机的微型化

基于L1B4板型直线超声电机,研制了一种外型尺寸为36mm×5mm×4mm的卧式板型微型直线超声电机。论述了电机的工作原理和运行机理,使用解析法和有限元法进行了微型化结构设计,分析了定子的振动模态,并实现了频率简并。通过模拟压电激励的动态频率响应,对比了样机的5片压电陶瓷布置方案和常用的两片压电陶瓷布置方案的共振位移响应曲线,证实了采用5片压电陶瓷布置方案增大了输出端点处产生的振动位移。样机特性测试实验表明,当激励信号电压为150Vpp,频率为62kHz时,电机最大速度为183.7mm/s,输出推力为50mN。预期该电机可以用于电机安置空间比较狭窄且需要一定动力的直线驱动场合。     

低压驱动Ⅴ形直线超声电机的设计

针对传统Ⅴ形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂,在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题,提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压Ⅴ形直线超声电机。在对Ⅴ形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上,设计了基于叠层压电陶瓷的Ⅴ形振子并进行了夹持装置的结构设计,进一步制作样机并开展了阻抗实验,测试了样机的外输出特性。实验结果表明:电机的驱动频率位于36～38 kHz,在37 kHz,50 Vpp的驱动电压激励下,其最大输出力为25.8 N,最高空载速度为1.221 m/s,可在低压驱动下输出大推力,直线超声电机的驱动性能得到了提高。     

旋转尺蠖压电电机驱动机构自由振动分析

提出了一种新型旋转尺蠖压电电机。考虑旋转尺蠖压电电机驱动机构为连续系统,建立了驱动机构动力学模型;利用该动力学模型求解了样机驱动机构的固有频率和模态函数。分析了系统参数对驱动机构固有频率的影响规律,为旋转尺蠖压电电机的设计打下了理论基础。     

轮式直线型超声电机定子的动态设计和分析

利用非统一截面梁在正交方向上的2个同形弯曲振动模态作为工作模态,设计了一种新型直线超声电机.基于有限元理论叙述了该定子的动态设计过程,对定子驱动足位置、压电陶瓷安装位置和定子的不同夹持方式进行了仿真计算,分析了不同阶次弯曲振动模态作为定子工作模态的优缺点以及不同支撑方式对定子振动模态的影响.制造了一台原理性样机,样机定子直径为10 mm,长为55 mm,重为30 g.在驱动电压峰峰值为200 V,驱动频率为49.52 kHz,摩擦副为陶瓷摩擦材料对不锈钢的情况下,电机空载速度为374 mm/s,最大推力为13 N,推重比达到了43: 1.     

宏微直线压电电机微驱动机构设计与分析

为了解决宏微驱动直线压电电机微驱动位移较小、对宏动定位误差的补偿能力不足的问题,提出一种宏微驱动钹型直线压电电机。采用钹型复合压电叠堆为驱动单元替换压电陶瓷片组成的压电叠堆,实现轴向位移的一次放大,通过弹性拨齿的柔性铰链结构将钹型压电叠堆输出的微位移二次放大。该电机可在特定的驱动频率、工作电压和相位差下实现振子振动模态下的超声驱动,也可以通过微位移放大机构实现静态变形的微驱动(蠕动)。建立了该直线压电电机的三维有限元模型,利用有限元软件分别对弹性拨齿、钹型压电叠堆和复合振子进行静力学分析和静态优化设计。有限元仿真表明:基于柔性铰链结构的弹性拨齿经过优化后,最小刚度小于钹型压电叠堆的最小刚度;在相同条件下,优化后钹型压电叠堆沿轴向方向的静态变形量比由压电陶瓷片组成的压电叠堆的静态变形量提高了8.45倍;采用基于柔性铰链结构的弹性拨齿和钹型压电叠堆组成的复合振子的拨齿质点沿水平方向的静态位移量比优化前提高了12.1%,大幅提高了微驱动对宏动定位误差的补偿能力,为压电电机微驱动的结构设计及优化提供依据。     

用于抓取小零件的轻小型压电夹钳

针对电子行业微小零件自动装配的需要,开发了用于小零件抓取的轻小型压电夹钳.采用全对称结构的双层板型直线超声电机进行夹钳的直接驱动.论述了电机的工作原理,使用有限元分析软件ALGOR分析了电机的模态特性.采用多普勒激光测振仪Polytec PSV-400对样机振动特性进行了测试,验证了有限元分析结果.设计制作了由该电机直接驱动微小型夹钳的实验样机,夹钳质量为50 g,夹钳在16 kHz和57 kHz两个频段,两指可以打开、闭合、或向同方向偏摆,当驱动电压提高到100V时,夹持力达到0.3～0.5 N.该夹钳适合于操作柔性、小型和易损的对象物.     

新型惯性式直线超声压电电机的运动机理及实验研究

提出了一种新型惯性式直线超声压电电机.该电机利用压电晶体的逆压电效应和惯性位移原理,由定子的轴向变形,通过摩擦力的作用,以惯性位移的形式传递运动.它由两部分组成,定子由具有位移放大功能的压电复合换能器和轴组成,动子为一带有缺口和环形凹槽的环.分析了该电机的工作原理,并通过仿真和实验相结合的方法分析了两种激励方式对电机性能的影响.实验结果表明:样机采用方波驱动比采用锯齿波驱动的效果好;在采用方波驱动信号驱动时,样机的最大空载速度可达到11 mm/s,最大输出力达到0.5 N.     

单相驻波驱动的旋转型超声电机结构设计与试验研究

单相驱动的超声电机由于其驱动电路简单、设计灵活、结构紧凑等优点,受到越来越多的关注。但单相驱动的超声电机主要以直线型电机为主,且工作模态一般为退化模态,存在能量利用率低、频率易漂移等缺点。此外,现有旋转型单相驱动的超声电机存在输出性能差、不易装夹等问题,严重制约了其应用。为解决上述问题,提出了一种新型单相驻波驱动的旋转型超声电机,通过单一工作模态实现对转子的摩擦驱动。该超声电机的定子主要由压电复合梁和带驱动齿的圆环构成,在两组压电陶瓷片的交替激励下分别产生两相工作模态,并通过两相工作模态相互切换实现电机的双向旋转运动。首先,采用有限元分析方法计算得到了超声电机定子的几何尺寸和两相工作模态(包括共振频率和振型)。其次,通过测振实验对定子原理样机进行了振动特性测试,得到了定子的幅频特性、振型和驱动齿的运动轨迹,并与仿真计算结果进行了比较,验证了仿真分析的正确性。最后,装配了旋转型超声电机原理样机,并开展了性能测试实验研究。结果表明：在300 V激励电压、1 N预压力的条件下,超声电机原理样机在两个工作模态下的最大转速分别为123.9 r/min (顺时针旋转)和450.9 r/min (逆...     

一种用于S型压电直线电机的新型驱动电源

为满足S型压电直线电机多通道相位可控的驱动要求,设计并制作了一种新型驱动电源.基于直接数字式频率合成器技术和可编程片上系统,设计了S型压电直线电机所需的三路相位差120°的正弦信号发生装置.采用CD4051和LM358作为主要器件,设计了用于阶跃式电压调节的PGA电路.设计了线性功率放大电路,解决了叠层压电陶瓷快速放电问题.实验结果表明,所设计的驱动电源能可靠地用于该S型压电直线电机,电机运行良好,驱动信号稳定.     

Minimal Realization of Linear Graph Models for Multi-physics Systems

An engineering system may consist of several different types of components,belonging to such physical"domains"as mechanical,electrical,fluid,and thermal.It is t...     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

Non-monotonic material contrast in scanning ion and scanning electron images

30 keV Ga⁺ focused ion beam induced secondary electron (iSE) imaging was used to determine the relative contrast between several materials. The iSE signal compared from C, Si, Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ag, and W metal layers does not decrease with an increase in target atomic number Z₂, and shows a non-monotonic relationship between contrast and Z₂. The non-monotonic relationship is attributed to periodic fluctuations of the stopping power and sputter yield inherent to the ion–solid interactions. In addition, material contrast from electron-induced secondary electron (eSE) and backscattered electron (BSE) images using scanning electron microscopy (SEM) also shows non-monotonic contrast as a function of Z₂, following the periodic behavior of the stopping power for electron–solid interactions. A comparison of the iSE and eSE results shows similar relative contrast between the metal layers, and not complementary contrast as conventionally understood. These similarities in the contrast behavior can be attributed to similarities in the periodic and non-monotonic function defined by incident particle–solid interaction theory.     

Application of Feature Extraction through Convolution Neural Networks and SVM Classifier for Robust Grading of Apples

This paper proposes a novel grading method of apples,in an automated grading device that uses convolutional neural networks to extract the size,color,texture,an...     

分布动态载荷识别的抗噪处理

针对正交多项式频域法在用多种响应对矩形薄板进行载荷识别中抗噪性较差的问题,综合运用平均法、矩阵预处理和奇异值截断法等方法对之进行改善,并引入空间映射的思想,将该方法的应用范围拓展为复杂的模型.利用仿真算例,证实了该方法具有较好的抗噪性.     

基于MELTAC-N平台的核电厂安全级DCS环网研究与测试

针对工程实践中环网通讯相关问题的处理缺乏理论基础及国产化安全级DCS平台的开发缺乏成熟经验借鉴问题,对基于MELTAC-N平台核电厂安全级DCS环网的软硬件实现进行了研究。提出了安全级DCS环网双环网冗余设计、光切换开关设计等硬件设计方法,以及以RPR协议为基础,采用全数据收发策略的软件设计方法。在CPR1000安全级DCS平台上对安全级DCS环网的可靠性及实时性进行了评价,并进行了容错能力、响应时间及响应时间稳定性测试验证实验。结果表明,基于MELTAC-N平台安全级DCS环网软硬件设计具有较好的容错能力及响应时间稳定性。