共振扫描显微成像中的图像畸变校正

设计了一种校正算法用于校正双光子荧光显微镜等高速扫描成像系统中共振振镜扫描导致的图像畸变。首先对共振振镜的扫描运动建立模型,推导出非线性扫描的运动公式,进而得到图像畸变公式;然后对一块朗奇光栅样品扫描成像,设计了多峰高斯拟合算法得到光栅所有条纹的宽度变化并通过最小二乘法将条纹宽度数据拟合成一条畸变曲线;最后利用畸变曲线对图像进行校正。结果表明:采用提出的校正算法可使系统最大畸变减小到传统正弦校正方法的1/3,相对畸变减小到1/5,校正效果比传统的正弦校正法提高了2倍。由于提出的曲线拟合校正算法不用增加额外的光路,且不需要切割边缘图像,故显示了极好的图像使用效率和校正效果。     

高精度反作用飞轮的驱动与控制

分析了飞轮运行的两种模式,表明力矩模式具有控制方便、精度高的优点.在此基础上提出了飞轮驱动和控制方式和系统的具体实现,实验表明,这种驱动和控制的方式,具有精度高、控制方便和效率高等优点.     

单轴飞轮储能与姿态控制系统误差分析

介绍了单轴飞轮储能及姿态控制一体化系统的总体构成和工作原理,研究并推导了系统的数学模型,分析了系统误差产生的原因,建立了转台角度位置误差与转子安装不同轴误差、转子偏心误差、飞轮速度测量与控制误差之间的误差关系式,并进行了误差合成。结合实际实验系统算出了各项误差,并对比和分析了各项误差。结果表明:影响系统位置精度的主要因素有飞轮安装不同轴误差、转动惯量误差和飞轮速度测量与控制误差等,其中飞轮转动惯量误差和飞轮安装不同轴误差是不可控量;而飞轮的转速测量与控制误差是可控量。最后提出了提高飞轮储能与姿态控制系统精度的主要方法,可以通过提高位置测量传感器和速度测量传感器的分辨率,采用先进的控制算法来降低飞轮的转速测量与控制误差。     

复合材料飞轮转子设计

考虑到转子与驱动机构的连接,给出了一种金属轮毂加复合材料轮缘结构飞轮转子的设计方法。分析了转子材料、结构、连接及制作工艺等因素对储能密度的影响,分析结果表明:复合材料轮缘内外径比值α是影响其储能密度的关键,根据轮缘材料选取合理值,对轮毂进行优化可以进一步提高转子的储能密度。分析中所用复合材料及胶粘剂力学常数的准确性是影响仿真结果的主要因素,通过实验对其理论值进行修正可以进一步提高仿真结果的准确性。对实际应用中一个具体飞轮转子进行了设计并制作出了转子,在20 000 r/min转速范围内进行了旋转应力实验,仿真分析与实验结果取得了较好的一致性,证明了本文设计方法的正确性。     

基于MEMS工艺的高能量密度微电磁驱动器

提出了制作高能量密度电磁驱动器的工艺方法。利用微机械(MEMS)工艺在硅片上得到多匝平面线圈和磁芯的掩模图形,接着沉积种子层铜(Cu),然后对种子层进行整体Cu的电铸;当种子层生长到20 μm左右时,剥离硅片表面的镀层并用光刻胶保护磁芯位置的镀层;再用沿线电铸的方法对线圈进行电铸;最后保护制作好的线圈镀层,电铸NiFe合金材料。在10 mm×10 mm×0.38 mm的硅片上,制作出线圈匝数22×2(铜线截面积60 μm×60 μm、总长度达1 164 mm)、NiFe合金磁芯尺寸为3 mm×3 mm×0.2 mm的高能量密度微型电磁驱动器。把这种微型驱动器应用于无阀微泵做驱动实验:通入0.3 A的正弦电流时,微驱动器产生约50 mN的电磁力。实验结果表明:这种型微电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器具有更高的能量密度,能产生更大的电磁驱动力。     

小型生化分析仪自动进样系统设计

 针对全自动生化分析系统高精度、小型化需求,设计了一种新型的小型生化分析仪自动进样系统.采用小型直线步进电机,实现样品的自动提取.根据仪器的性能需求,给出进样系统的结构.通过对试验数据的分析得出系统的误差补偿曲线和校正方法.最后的试验结果表明,系统实现了预期的性能指标,可以满足实用化的需求.     

PDMS氧等离子体长效活性表面处理及与Si的键合

为了实现室温、常压下聚二甲基硅氧烷(PDMS)与硅的键合,本文利用氧等离子体分别对PDMS、硅进行表面改性处理.考察了等离子体射频电源功率、处理时间、氧气流量对PDMS-硅键合强度的影响.通过优化工艺适当降低PDMS表面被氧化的程度,可使PDMS活性表面的持续时间延长至45分钟,实现了PDMS-硅在室温常压下的永久性键合.通过X-射线光电子能谱(XPS)对改性后PDMS表面化学组分变化的分析,可推断出PDMS表面Si-OH的稳定性是影响键合强度的主要因素.     

面向小型全自动生化分析仪的同步可靠的UART通信

为了在小型全自动生化分析控制系统中实现双单片机之间同步、可靠的数据传输,提出了一种基于握手等待协议的同步可靠的UART通信系统方案。采用3次等待握手协议实现通信的同步,在数据传输过程中加入同步数据改进传输应用的稳定性。目前该方案已成功应用于小型全自动生化分析仪控制系统的数据传输,运行情况良好,性能稳定可靠。     

基于SoPC的直流无刷电机加速度控制研究与实现

为了实现对直流无刷电机加速度的准确控制,在分析几种加速度控制方案的基础上,提出了在电机加速阶段,通过在速度控制回路前向通道上加一积分环节来实现加速度控制的方案。详细介绍了该方案的原理并给出了基于SoPC技术的设计思想和实现方法。     

生化分析仪的ARM-SoC控制系统设计

为满足小型全自动生化分析仪系统的多任务、高实时性以及数据运算复杂等要求,提出了一种基于ARM-双单片机系统的设计方法。该系统采用S3C2440A(ARM)为上位机、C8051F060单片机为下位机的系统架构,ARM与单片机之间采用串口通信方式。ARM负责任务分配和数据存贮,主单片机负责试剂盘的定位和数据采集,从单片机负责加样臂的旋转和样品加样,实现了多任务并行快速处理;系统采用嵌入式Linux和QT/E(QT/Embedded)开发软件。试验结果表明,系统具有运动控制实时性好、运算处理能力强和性能稳定可靠等优点,完全满足实际应用的需求。