旋转反射镜式超声传感器的研究

针对小管道在役检测的特点，对旋转反射镜式传感器结构的不漏检条件进行了详细分析，并对单焦距超声传感器用于小管道在役检测时的相对误差进行了讨论；在超声检测分析的基础上，对旋转反射镜式传感器进行了结构设计，它由超声传感器、平面反射镜、旋转机构、微型电机和连接器等部件组成；小管道液浸超声检测室内试验表明，在适当的采样率和系统增益情况下，反射镜式超声传感器可用于小管道的在役检测。     

单相驱动旋转型驻波超声电机的运动机理

尽管单相驱动的旋转型驻波超声电机的原型样机早已研制成功,但对这类电机的运动机理的研究却一直局限在定性研究上。对于单相驱动的旋转型驻波超声电机来说,定子上的齿是运动传递的关键部分。因此对齿的运动特性的研究对进一步研究定、转子的摩擦接触过程有很重要的意义。以单相驱动的旋转型驻波超声电机为研究对象,通过假设定子的振动模态法对单相驱动的旋转型驻波超声电机的定子上的齿的运动特性进行了理论推导,并作了计算机仿真研究,得出了齿的运动轨迹以及速度曲线。     

一种新型旋转超声电机驱动控制试验系统

介绍了一种新型旋转超声电机即压电定子和压电转子振型嵌合式旋转超声电机驱动控制试验系统。系统以LabVIEW作为开发平台,通过DAQ板卡和外围电路的设计进行输入输出采集与控制。该系统能输出幅值、频率、相位可调节信号,通过光电编码器检测超声电机转子位置反馈给系统用以保证电机下次启动时保持定转子振型嵌合位置关系。试验结果表明,该试验系统完全满足此新型旋转型超声电机驱动控制试验要求。     

基于MEMS与压电陶瓷钎焊的微型超声电机

面向超声电机定子的一体化与微型化需求,提出了一种基于钎焊与微电子机械系统(MEMS)工艺的微型超声电机定子。对超声电机的原理和结构进行分析,利用有限元法对定子的模态与谐响应进行了仿真。利用钎焊工艺将锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷与金属弹性体进行连接,通过MEMS与机械加工工艺对定子的驱动足、上电极等进行制备。对超声电机定子焊接情况进行表征,对超声电机的振动性能与驱动性能进行测试。测试了PZT压电陶瓷与金属弹性体的结合强度,两者之间的抗剪切强度为33.46 MPa,观察了焊接截面形貌,可看出各焊接层厚度均匀,无裂缝、孔隙。搭建实验平台对定子的振动性能与驱动性能进行了测试,微型超声电机的定子的谐振频率为188.15与266.16 kHz,最大振幅为228 nm,在激励电压为30 V、预压力为350 mN时,微型超声电机的最大速度为38.22 mm/s。实验结果表明,该超声电机定子钎焊情况良好,驱动性能较高,具有广阔的应用前景。     

解决超声电机定子模态混叠的有效方法

针对超声电机定子在设计过程中的模态混叠现象,从定子的灵敏度分析出发,利用有限元法,计算出旋转型行波超声电机定子的模态频率对各结构参数的灵敏度,寻找出分离超声电机定子工作模态与非工作模态的一般方法。文中以南京航空航天大学超声电机研究中心研制的某TRUM-60旋转型行波超声电机为例,对其工作模态与非工作模态进行了分离,计算结果表明,该文提出的方法能很好的把工作模态与非工作模态分开。试验也证明该办法是行之有效的。     

驱动芯片BCS1608及其在超声电机中的应用

超声电机的应用场合要求其驱动电源结构简单、功耗低、集成度高,且超声电机结构形式多样,要求驱动电源配套。BCS1608是一种3路电平转换电路,可将2.5-5.5 V的电源电压转换为36 V高电平的输出驱动信号。简要介绍其主要特性、内部结构和引脚功能,重点讨论逆变部分的电路结构,其两相三桥臂的结构提供了两相和三相2种电压输出模式。给出该芯片在微型超声电机BM730-A1中的应用方案,得到很好的驱动效果。仿真及实验结果表明,该芯片构成的驱动电源可靠性高,适合驱动多种结构微型超声电机。     

旋转行波超声电机最优预压力的研究

为提升旋转行波超声电机输出性能,研究其在不同负载下的最优预压力,针对TRUM-70H超声电机进行了理论计算和实验验证。建立超声电机动力学模型,分析了预压力对超声电机机械特性的影响;以TRUM-70H超声电机为对象,分析其最优预压力与负载力矩间的关系;搭建超声电机多功能测试平台,验证理论推导结果,并指出误差存在的原因;根据研究结论,提出超声电机装配时应根据负载选用预压力。结果表明,预压力和负载力矩对超声电机转速的影响存在耦合关系;在超声电机有效工作范围内,最优预压力值与负载力矩近似呈线性正相关;装配时根据实际负载需求设定超声电机预压力,可提高其输出效率。     

驱动芯片BCSl608及其在超声电机中的应用

超声电机的应用场合要求其驱动电源结构简单、功耗低、集成度高,且超声电机结构形式多样,要求驱动电源配套.BCS1608是一种3路电平转换电路,可将2.5～5.5 V的电源电压转换为36 V高电平的输出驱动信号.简要介绍其主要特性、内部结构和引脚功能,重点讨论逆变部分的电路结构,其两相三桥臂的结构提供了两相和三相2种电压输出模式.给出该芯片在微型超声电机BM730-A1中的应用方案,得到很好的驱动效果.仿真及实验结果表明,该芯片构成的驱动电源可靠性高,适合驱动多种结构微型超声电机.     

旋转型行波超声电机寿命试验研究

阐述了旋转型行波超声电机(TRUM)寿命试验的原理和试验条件。对本研究所研制的TRUM系列进行了寿命试验,应用线性最小二乘法曲线拟合其试验数据,得到了电机在额定载荷和空载状态下的运行速度-时间曲线。从这些曲线初步揭示了该类超声电机全寿命过程的磨合期、稳定工作期和损耗期的不同工作阶段,并发现超声电机具有二次磨合期和二次稳定工作期。该结果对超声电机的产业化具有重要的参考意义。     

压电超声电机及其应用

近年来,国外研制成功许多新型的压电超声电机,它们具有高性能、大转矩、高效率、小型化和低成本等优点。这些电机包括超声线性电机;采用圆环形结构的弯曲振动的行波电机;利用椭圆振动的压电振动器的旋转电机以及采用三角形压电双晶片元件制作的超声电机等。本文评述上述各种电机的工作原理、结构、材料、性能及其主要应用。     

微电子机械系统中的超微电机

介绍了微电子机械系统中的关键执行部件——超微电机,包括静电型微电机、电磁型微电机、超声波微电机等。分析了原理、分类及各自的特点,概述了超微电机的研制发展过程,综述了微电子机械系统中微电机的发展趋势。     

基于LabVIEW的微电机性能测试系统

利用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发一种微电机性能测试系统平台。该测试系统以测功机为核心,集数据采集、数据处理、波形显示和试验环境控制为一体。测试台在工控机的控制下自动完成了对两种规格无刷直流电动机动/静态性能测试和试验。利用LabVIEW内嵌的C语言子程序使系统具有灵活而又强大的数据处理能力,且能为以后的数据处理提供一个很好的平台。该试验台可较好地模拟现实工况条件,开展多种方式下的微电机性能试验研究。     

超声电机温升、结构参数和输出特性的相互关系

通过超声电机温度特性实验,分析超声电机产生热量的途径;研究预压力和摩擦层厚度对超声电机温升、运行转速和堵转力矩的影响规律;提出估计温升、转速和堵转力矩关系的经验公式。研究有助于控制温升,改善电机运行特性。     

驻波型自校正超声电机的研究

介绍了自校正超声电机的转动机理，用有限元法分析了该电机定子的振动模态，得到了适合电机运转的工作模态—— Ｂ１２模态，并且设计和制造了驻波型自校正超声电机。该电机定子直径为４０ ｍ ｍ ，高为 １．５ ｍ ｍ ，电机工作频率为 ３０ ｋ Ｈｚ～３３ ｋ Ｈｚ，能够实现正、反转并具有自校正的能力，设计计算与所做的实验结果基本吻合。     

Rotational symmetries of electromagnetic radiation fields

Maxwell's equations and their solutions have been examined from the point of view of the full rotation group. Two mapping theorems have been derived which give the rotational symmetries of the radiated electric and magnetic and Poynting's vector field as a function of the symmetries of the electric current density which acts as the radiating source.     

双斜槽式纵扭转换型超声波电机的实验研究

研制了两台双斜槽结构(A型和B型)的纵扭模态转换型超声波电机样机,针对其输出特性进行了对比实验研究。通过激光转速表测量了电机样机的输出转速,分析了工作频率、驱动电压、预压力对电机样机的输出转速的影响。实验结果表明:斜槽结构是影响这种模态转换型超声波电机输出特性的关键因素。在相同谐振频率37.7kHz,工作电压100V和预压力0.21N下,A型双斜槽电机样机的最高转速为87r/min,B型双斜槽电机样机的最高转速为135r/min。     

Simulation and analysis for microstructure profile of optical lithography based on SU-8 thick resist

Profile simulation of optical lithography is very useful for micro-fabrication of microstructure with high sidewall quality. In this paper the light wave propagation, exposure and development process were analyzed, and modeling for thick film lithography was developed to accurately and rapidly obtain simulated results. The effect of exposure dose on the profile quality after development were simulated and discussed, which show that these process parameters have a great impact on the profile quality of microstructure. With guidance of the simulation and analysis, the micro-gear and micro-piston of micro-motor fabricated by SU-8 thick resist were presented.     

超声电机驱动关节机器人位置反馈控制研究

利用超声电机低速大转矩特性,实现了三关节机器人的直接驱动;通过改变超声电机的工作频率实现对其运行速度的控制。结合超声电机的运行特点,运用和比较了多种PID位置反馈控制方式,实践证明,在确保超声电机和机器人工作平稳的前提下,采用梯形积分的PID位置反馈控制效果最好。