精密小转矩加载机构的研制

研制了一种压电驱动的柔性铰链微位移放大机构,以满足航天微型扭杆刚度测试装置中实现精密小转矩加载的要求,时这种机构建立了精确的有限元模型,运用有限元方法对这种的机构的强度和放大比进行了校核和分析。该机构具有350μm的行程,位移分辨率大于0．25μm,最大输出力不低于4N,满足了测试装置的要求。     

大行程纳米分辨率加载机构的研制

对微构件力学性能测试的微力微位移装置的重要组成部分－－大位移高分辨率加载机构进行了研究。根据微力微位移装置的要求,提出了一种通过结构变形进行加载的载体式两级加载机构,该机构的第一和第二级分别通过压电陶瓷驱动器和直线电机进行加载,输出位移通过电容测微仪检测。加载机构的第一级是一个位移放大机构,采用柔性铰链连接的杠杆放大,第二级通过柔性杆进行输出位移的缩小。采用遗传算法优化设计了两级整体式结构,用有限元进行分析,并对加载机构的第一级进行了实验。有限元分析和实验结果表明,所设计的结构能够实现最1mm的输出位移,并在压电驱动器和直线电机的驱动下,获得小于10nm的理论位移增量和纳米级位移分辨率。该机构满足了最大加载为20N的要求。该加载机构的研制成功解决了微力微位移位置的一个关键问题。     

T型硅微悬臂梁频率温度系数的测试研究

为了获得T型单晶硅微悬臂梁的固有频率温度系数,首先从理论上分析了T型微悬臂梁的固有频率随温度的变化规律,并建立了其固有频率的温度系数模型。随后搭建了带有高温环境加载功能的MEMS微结构动态特性测试系统,采用OFV534激光多普勒测振仪获取微结构的振动响应,采用基于压电陶瓷的底座激励方法实现对微结构的激励,在激励装置中采用了一个可动机构,解决了压电陶瓷在高温环境下使用的难题。最后,使用带有高温环境加载功能的MEMS微结构动态特性测试系统,测试了一种典型T型单晶硅微结构的动态特性,测试温度范围为室温~300℃,得到硅微悬臂梁的固有频率温度系数约为-2.71×10-5/℃,与理论分析的结果具有很好的一致性。     

微位移测试系统设计

采用了在压电陶瓷基体上直接粘贴电阻应变片组成电桥测量压电陶瓷微位移的方法。以微控制器AT89C52为核心设计了微位移测试系统。文中详细介绍了放大、滤波等信号调理电路，A／D转换电路，D／A转换电路，LED显示电路和看门狗及其电源监控电路等。该系统已经过调试运行，实验证明了用该方法测量压电陶瓷微位移的方法是可行的。     

基于C8051F340的智能万用表设计

以C8051F340单片机为控制核心,采用24位模数转换芯片AD7714,设计了一台高精度自动量程数字万用表。除具备万用表基本测量功能外,还具有自动量程转换功能和频率测量功能,并且可以自动对测得的数据进行数字校准。通过实验测试,系统满足设计要求,具有高精度、高可靠性等特点,有很好的实际应用价值。     

三角放大型压电陶瓷微纳米驱动机构

提出了一种基于小压电陶瓷条的三角放大型微纳米驱动机构。该机构由两个1.6 mm×1.6 mm×5.0 mm的小压电陶瓷条、三角对称型伸缩臂、大顶角柔性铰链（扫描端）及基座组成,由小压电陶瓷条驱动伸缩臂运动,基于大顶角三角形的放大原理,获得高放大倍率的扫描端输出位移。理论分析与有限元仿真表明,当三角对称型伸缩臂与底边的夹角为6°时,扫描端的位移量与小压电陶瓷条的伸缩量之比可达9倍左右;当驱动电压为80 V时,相比于小压电陶瓷条的伸缩量3.2μm,扫描端的位移量理论值可达29.5μm。显微运动测量实验表明,在相同驱动电压下,扫描端的实际位移量达到26.6μm,实际位移放大倍数达到8.3倍。将该机构作为原子力显微镜的慢轴扫描器,成功实现了基于小压电陶瓷条的宽范围原子力显微镜扫描成像（4μm×26μm）,具有良好的分辨率、对比度和线性度。该机构具有原理新颖、结构简洁、成本低廉、性能优越等特点,可望在光学、精密机械及微纳米技术领域获得广泛的应用。     

某型军用测试系统自动检定装置设计与实现

针对军用大型自动测试系统测量参数多、量程范围宽、影响计量保障的因素多等特点,设计了一种军用测试系统自动检定装置。根据测试系统的技术特点、测量值范围和不确定度要求选配了合理的标准计量器具;研制了专用检定设备,保证标准设备与测试系统装备可靠对接;编制计量检定程序,实现计量管理、检定测试控制、数据自动采集处理等功能,实现了海军导弹通用测试系统的现场原位计量检定。     

微装配机器人系统

研制一种具备多操作手协调工作的微装配机器人系统,该系统包括两个4自由度的主微操作手和一个3自由度的辅助微操作手,并采用双光路正交显微视觉作为获取机器人和微对象的位姿与环境信息的主要手段.为适应不同形状和材质微目标的操作需要,分别设计真空和压电陶瓷两类微夹钳,以微夹钳工作原理分析为基础,给出微夹钳的控制依据.就显微图像获取和视觉伺服等问题进行研究,包括基于维纳滤波的模糊图像逆滤波器复原,基于图像分析的显微镜自动调焦,以及基于距离和角度图像特征的显微视觉伺服控制等.以人机交互的半自主方式控制机器人进行微装配作业.装配结果表明,系统工作可靠,能够完成具有复杂工艺要求的微装配任务,目前微零件最小装配精度可达30 μm.     

铁电材料测试系统用电压自动衰减电路

针对铁电材料测试系统中不同测试信号电压的差别，设计了电压自动衰减电路。重点介绍了自动量程转换电路、峰值AC／DC转换电路、继电器驱动电路和衰减电路的设计。利用配有电压自动衰减电路的铁电材料测试系统测量了PZT铁电体材料样品的电滞回线。测量结果表明，该设计解决了测试电压与采集卡量程的匹配问题，实现了铁电材料测试的自动化。     

新型集成三维微力检测微夹持器

提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2 μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm。     

微/纳米级压电材料的制备方法

由于电子、通讯和控制等高新技术行业的迅速崛起,对材料的高性能、多功能、小型化、智能化等的需求越来越高,使得对微/纳米级压电材料的制备受到重视,并且微/纳米级压电材料是压电复合材料的重要组成部分,本文介绍五种微/纳米级压电材料的制备方法.     

基于模糊 PID 控制的微位移平台监控系统设计

针对微细电化学加工的加工状况,利用压电陶瓷作为微位移器件,将高性能嵌入式微处理器、大规模可编程逻辑器件以及模糊PID算法应用于微位移平台监控系统的开发,设计并实现了微细加工控制领域的模糊PID微位移平台监控系统。实验结果表明,微位移平台监控系统采用模糊PID控制算法,系统稳态误差明显减小。     

适合于纳秒激光微加工的压电陶瓷微位移平台

针对纳秒激光微加工的具体要求,设计了一种压电陶瓷的微位移工作台控制系统,它是由压电陶瓷、柔性铰链机构和DSP控制系统组成。基于TMS320VC33的DSP作为控制中心,主要用于对采集到的位移信号进行处理,通过PID算法控制微动平台的移动距离。将该微位移平台安装在纳秒激光微加工机上,与原系统配合进行加工,可以有效改善微结构加工的效果。     

纳米精度压电马达的动力学模拟及试验

设计并制作完成了一种基于压电陶瓷逆压电效应的纳米精度压电步进马达.根据其结构简化模型,推导出该压电纳米马达在脉冲电源作用下的运动特性表达式.编写软件,设定参数对压电马达的运动性能进行模拟,结果表明了马达的线性步进运动特点.设计光栅测试系统,对压电马达样机进行运动测试,试验结果证实了模拟结构的正确性.该类压电纳米马达具有可以实现连续步进位移,步进速度快,单步分辨率小,行程长和便于利用微机实现智能控制等特点.纳米马达的位移分辨率可以达到10nm,最快速度为0.6mm/s,最长行程为5cm.     

PLC在微型轴承自动检测系统中的应用

简述了微型轴承自动检测系统的工作原理及其控制要求。介绍了PLC在该装置中如何实现外圆参数检测的控制以及软件设计的流程图。     

太赫兹近场光学亚表面检测技术研究

研究了太赫兹散射式扫描近场光学显微镜（Terahertz scattering-type scanning near-field optical microscopy,THz s-SNOM）对亚表面金属微纳结构的显微成像检测。首次采用自主搭建的THz s-SNOM系统对表面覆盖了六方氮化硼薄膜的金微米线进行太赫兹近场显微测量,获得了具有纳米量级空间分辨率和较高对比度的近场显微图。结合全波数值模拟,分析了THz s-SNOM探测亚表面金属微纳结构的空间分辨率、近场散射信号强度和成像对比度。研究表明,THz s-SNOM具有优良的亚表面显微成像检测能力,可应用于微纳电子器件的亚表面结构表征和缺陷检测。     

基于压电驱动的细胞微量注射装置的研究

提出了由压电驱动带动的注射微动平台和电机带动的细胞微载台来构成细胞药物微量注射的机械结构与控制系统。而且也提出了利用压电陶瓷的微位移特性构造了和目前的微量注射针完全不同的微量注射针结构与控制系统,这个压电微量注射针的驱动和注射动作全部由压电驱动器来完成;利用压电陶瓷的微位移和施加在压电陶瓷上的电压在微小位移情况下的线性关系实现了细胞注射系统的精确微定量注射。     

水处理氯消毒自动监控报警系统

氯气自动监控报警系统是针对水处理过程氯泄漏问题所研制的.该系统以恒电位电解式传感器为检测前端,以MSP430F149单片机作为核心处理芯片,设计恒电位电路,信号调理电路,二阶报警电路,控制电路及人机监控界面.系统测量范围为0～ 20 ppm(1 ppm=10-6),测量精度达到0.1 ppm.通过实验测试,自动监测系统达到预期的要求,可广泛应用于化工,制药,造纸,水处理等作业现场,能够满足监控的需求.     

空气阀门动态性能自动测试系统

介绍了一种大型空气阀门动态性能自动测试系统,该系统对空气阀固有调节特性和阻力特性进行了试验。试验过程采用变频器调节工况,计算机采集试验参数,装置测量精度高,操作简便。     

PLC在电泵快速测试系统中的应用

针对我国机电出口企业电泵自动化、大规模生产出厂检验的需要,运用PLC控制技术,研制一种电泵快速测试系统。系统配置各自独立的安全性能测量装置和水泵性能测量装置,同步测量,数据库共享;系统由电泵测试软件全程控制电泵试验过程,包括电泵安全性能远程快速自动测量、数据自动采集、性能判定和试验报告打印输出等;系统通过条码扫描器获取试验样机信息、启动项目测试、创建和标识数据库记录,既保证了试验数据的安全性与唯一性,又提高了测试速度;出厂检验后自动生成产品质量档案,实现产品条形码身份管理。经用户使用验证,本系统可配置在年产30万台的电泵自动生产线的末端,担负产品出厂检验任务。