形状记忆合金丝驱动的可弯曲孔探仪机构设计

针对孔探仪探头自动弯曲避障的工作需求,设计并实现了一种由双程形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)丝驱动的自主弯曲机构。搭建了SMA丝作动特性测试平台,对SMA丝的驱动行为特性进行系统的分析,发现直径为0.5 mm的SMA丝收缩率达到4%,可带载83.23 N,满足孔探仪弯曲的驱动要求。此外,建立了可弯曲孔探仪机构的运动学模型,得到了末端搭载光学镜头的可达空间。同时对机构进行了控制试验,结果表明,机构的最大弯曲角度为22.3°,所设计的孔探仪可弯曲机构具有实用性。     

一种离子聚合物金属复合材料的动态力学性能

用化学镀方法制备了离子聚合物金属复合材料,用扫描电镜观测其形貌以探讨制备过程中Pt金属的形成方式;用能谱仪研究了金属Pt在材料中的分布;用动态热机械分析仪(DMA)测试了材料的部分动态力学性能。以Kerner模型为基础建立了材料的动态力学性能模型,并将模型计算结果与实验结果对比,验证了该模型的可行性。     

铂型IPMC的含水特性及静态拉力测试

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种典型的电活性聚合物。以Nafion117离子交换膜为基体,用化学沉积方法制备利用金属铂(Pt)作为电极的IPMC材料(Pt-IPMC),并利用扫描电镜对Pt-IPMC样件的微观形貌进行观察。结果表明,Pt-IPMC的电极具有良好的沉积效果,样件的电极层厚达20μm;在3 V直流电压的驱动下,电致动位移达到90°。实验对基膜和样件含水率进行了测试,并搭建IPMC力学测试平台,对IPMC静态输出拉力进行测试。测试结果表明:在0～5.5 V直流电压范围内,样件的输出拉力与直流驱动电压近似呈线性关系,最大拉力可达到159.05 mN;当电压超过5.5 V时,输出拉力发生跃变。     

表面粗化工艺对IPMC的制备及性能的影响

基于二次渗透还原法对IPMC材料的制备进行研究.探索3种不同的基膜表面粗化方法对IPMC材料特性的影响.表面粗化方法包括手工打磨、砂光机打磨以及等离子体表面处理方法.通过样件实测对3种不同粗化条件下获得的IPMC材料的外观特征、微现形貌、驱动变形特性以及表面电阻特性进行了测试和比较.实验结果表明,随着表面粗化均匀程度的提高,基膜表面及内部金属沉积均匀与致密性增高,材料的驱动变形能力降低.在一定的驱动电压范围内,IPMC材料的变形与电压近似成线形增加的关系.在相同的尺寸、约束以及驱动电压(3V)条件下,手工打磨的样件能够产生60°的弯曲变形,砂光机打磨样件为45°,而等离子体处理的样件只有15°.     

无人机大气数据检测系统的设计

为提高无人机大气数据(高度、空速)检测速度,优化飞行控制性能,设计了基于GM8123芯片的快速数据检测系统.运用串口扩展技术完成三个异步串口数据的并行通讯,进而实现了对动压静压数据的同步采集和实时响应飞控计算机的校正命令.实验证明,该系统性能指标优于原有未采用串口扩展技术的检测系统,对于提高无人机大气数据检测的动态性能有较高实用价值.     

压电智能夹层及其特性分析

压电智能夹层可以有效地解决压电自诊断系统中直接使用压电片引起的弊端.通过适当改进当前的柔性印刷线路工艺制作出的压电智能夹层,不仅具有柔性印刷线路的特点,而且,应用在结构健康监测系统中还有其他一些独特的优越性能.并利用压电智能夹层进行了初步的拉伸载荷识别,同压电片相比,识别效果更明显.     

多壁碳纳米管改性铂型IPMC的试验研究

将一种全氟磺酸树脂(Nafion)与多壁碳纳米管(MWCNTs)分别按质量比100:1、 100:3、 100:5进行配比, 采用溶剂浇铸法配合超声波分散法制备MWCNTs/Nafion型离子交换膜(IEM), 在此基础上利用化学沉积法制备铂型离子聚合物金属复合材料(Pt-IPMC), 考察三种MWCNTs负载量对IEM及Pt-IPMC性能的影响。采用SEM配合EDAX研究Pt的沉积效果, 对IEM及Pt-IPMC试样进行拉伸测试, 采用数字信号发生器为激励源测试Pt-IPMC的动态位移。结果表明: 添加MWCNTs使Pt-IPMC的内、 外电极厚度分别增加200%~250%和180%~200%, 使IEM及Pt-IPMC的弹性模量分别提高57.92%~140.85%和9.06%~52.85%; MWCNTs有效修饰了Pt-IPMC的内电极, 并明显提升其动态位移量、 动态响应及变形速度。     

制备温度对Ag-IPMC拉伸及致动性能的影响

在不同的沉积温度-修饰温度(25℃-25℃,15℃-25℃,15℃-15℃,10℃-10℃,7.5℃-15℃,7.5℃-7.5℃)设定下,以化学沉积的方法制备银型离子聚合物金属复合材料(Ag-IPMC),并对制得试样进行了表面形貌观察以及拉伸测试和动态位移测试。结果表明: 制备温度在7.5~25℃范围内,反应温度越低,离子交换膜表面所沉积的银粒子团聚颗粒越细小。在7.5℃-7.5℃下制备试样比25℃-25℃下制备的试样团聚颗粒直径小60%。电极厚度受温度影响较大,不同温度下内、外层电极厚度差异明显(内: ~130%,外: ~70%); 制备温度在15℃-15℃的试样具有最大的弹性模量(比最小值大28%)。在实验温度范围内,最大驱动变形量随着反应温度的降低而增大,其最大值比最小值大80%。     

Ag型IPMC柔性驱动器的制备及性能

为了降低成本并改善材料性能,采用银替代铂制备IPMC电极。基于渗透还原工艺采用化学沉积方法制备了Pt基、Pt-Ag基和Ag基三种IPMC柔性驱动器试件。对试件的SEM和XRD分析结果表明本文提供的方法可以有效地将电极金属沉积在基膜中,且呈梯度分布;对样件的致动效果以及表面电阻特性测试结果表明Ag基IPMC驱动器具有最好的致动变形能力和最低的表面电阻。在相同尺寸与约束条件下,Ag基IPMC在1.5V时产生90°变形,Pt型与Pt-Ag型IPMC分别在3V和4V驱动电压下产生60°变形。     

基于对称相关函数法的谐波信号重构

本提出了一种新的噪声抵消方法--对称相关函数法.对它进行了定义,并研究了其性质,且从理论上分析了它抵消平稳随机过程中与信号不相关的加性随机噪声的机理.在此基础上,重构了谐波信号的幅值、相位及频率.计算机仿真结果表明这一方法较为有效在信噪比不小于-14dB时,各参数的相对误差均在5%以内;在-20dB时,频率的最大绝对误差仅为0.0625Hz.