能量天平水平安培力与电磁转矩引起对准能量误差的评估

在能量天平法原理的基础上,研究悬挂线圈特征矢量非对准状态的产生机理,分析非对准状态下水平安培力和电磁转矩之间相互耦合的作用特性,揭示两者对能量天平对准误差的影响机制;设计水平安培力和电磁转矩的双柔性铰链解耦结构,实现了两者在作用范围上的解耦,同时基于转矩平衡原理分别建立了水平安培力和电磁转矩的求解模型,并基于该模型评估了由水平安培力和电磁转矩做功引起的能量天平对准相对误差值为1×10^-6。      

面向能量天平同步测量的磁链差测量方法研究

能量天平法作为一种质量量子基准研究方案,其中磁链差测量是能量天平测量过程的核心,其基本原理是对线圈感应电压的时间积分进行测量.原有的磁链差测量方法是基于数字积分原理的,当其应用于能量天平同步测量方法中时,难以克服数据采集卡的本征弱点,无法满足10-8量级的相对标准不确定度需求.为此,基于双积分型模数转换器(ADC)提出...     

能量天平永磁体系统的温度场分析

提出基于COMSOL有限元仿真的方法对永磁体系统的温度场进行分析。通过分析,得到永磁体在不同工作模式下的温度上升曲线。仿真结果表明永磁体磁盘在两种工作模式下存在10^-4 K量级的温度差异,由于钐钴永磁体磁盘存在-3×10^-4 K^-1的温度系数,温度对磁链差的测量影响在10^-8量级。为改善能量天平永磁体系统中悬挂线圈的发热问题,提出调整悬挂线圈电流,增大辐射面辐射系数,改变天平支撑结构3种方案,以改善温度波动引入的普朗克常数测量不确定度。     

能量天平悬挂系统初始位姿识别方法

溯源至普朗克常数的能量天平法由于悬挂系统的初始位姿不理想,电磁力与砝码重力之间很难达到理想的平衡状态,总会不可避免地产生水平力与转矩,进而引起准直误差。立足于能量天平悬挂系统的准直误差的产生机理,结合能量天平悬挂系统的力学和电磁学特性,分析并建立悬挂系统初始位姿与寄生位移之间的数学模型,为准直误差的抑制奠定理论基础。     

能量天平研究进展

能量天平法已在中国计量科学研究院开展了几年的研究。研究的目的与功率天平法是一致的,即通过测量普朗克常数来建立质量量子基准,但具体方法不同。2010年以来该项研究取得一定进展。例如对于直流互感量测量这一关键问题,已研究出一种新的方波补偿方法,测量不确定度达到10^-7量级（k=1）。还研发了一种涡流传感器,可更准确地对可动线圈定位。线圈系统的准直问题也得到进展,研制了一种油阻尼器,大大减小了由于天平基础振动和线圈加热上升气流引起的线圈抖动。这些措施改善了线圈位置及互感测量的不确定度。测量普朗克常数h的最新结果为6626104(59)×10^-34J·s,综合的相对不确定度为8.9×10^-6（k=1）。对所遇到的困难和进一步的改进措施也在文中进行了讨论。     

能量天平悬挂线圈姿态调整方法研究北大核心CSCD

能量天平悬挂线圈初始位姿不理想会引入准直误差,线圈中心水平位置的精密控制可以借助两轴高精度位移平台实现;但调整线圈姿态的3路连杆调整机构之间存在的相互耦合,使得对姿态的精确调整难以实现。基于能量天平悬挂系统初始位姿与寄生位移之间的数学模型,确定线圈绝对水平位置。在线圈绝对水平位置附近进行姿态控制实验,利用递推最小二乘法得到悬挂线圈姿态控制系统的离散状态空间模型。在此基础上,建立基于状态空间的模型预测控制策略,将悬挂线圈姿态调整逼近至绝对水平,其3路连杆控制准确度优于0.25μm,姿态控制准确度优于1μrad。     

风洞天平校准装置的技术特性和评定方法研究

为提高风洞天平校准技术水平和确保校准质量,分析了风洞天平校准设备的计量现状,论证了通过计量测试途径定量考核评定风洞天平校准装置性能水平的必要性;通过分析风洞天平校准装置功能,提出了"附加干扰"、"重复性"、稳定性"、校准载荷范围"和"公式系数组成项"考核风洞天平校准装置技术水平和校准能力的5个技术特性以及"直接考核"和"间接评定"2条评定方法研究思路,供风洞天平和计量科研工作者参考。     

非线性能量阱振动抑制效果理论分析与试验研究

针对潜艇机械设备周期性运转产生的宽频线谱难以消除问题,开展了简谐激励下非线性能量阱振动抑制效果与结构参数优化研究。建立机械设备耦合非线性能量阱的动力学模型,利用增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论分析了系统周期解及其稳定性;以系统振动能量为评价准则,探讨了阻尼、质量比和刚度3个参数对非线性能量阱振动抑制效果的影响规律;进一步,在质量比ε=0.05时,通过局部优化得到了非线性能量阱阻尼与刚度区间,并对振动抑制效果鲁棒性进行了研究。理论研究表明：增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论三者相结合,与Runge-Kutta法计算结果吻合良好,能够有效构建耦合系统周期解完整图像;弱阻尼是非线性能量阱具备良好吸振效果的先决条件,对于参数优化后的非线性能量阱,在外界激励频率±20%以及激励幅值±50%变化范围内都具备良好的振动抑制效果,鲁棒性较佳。设计了一种可垂向承载的柔性铰链型非线性能量阱原理样机,并开展了台架试验,验证了理论研究成果的正确性。     

高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统设计

设计了一套具有高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统.提出了一种多个压电陶瓷同步线性操作的电荷控制方案,设计采用基于非线性反馈控制和相似控制相结合的具有接地配置功能的压电控制器.控制器中引入了T型电阻网络,使电容较小的压电致动器能够进行低频线性操作.并对压电陶瓷驱动的位移平台进行了机械结构设计,平台采用嵌套式串联结构来避...     

不确定度至E-5量级的微牛级力值计量装置研究

微牛级力值的测量技术广泛应用于空间探测、生物材料分析与微纳制造等领域的研究。基于静电力天平原理,设计并搭建了一套用于微牛级力值测量的装置,针对前期研究中测量装置的铅垂向刚度过大和圆柱形电容器同轴度对准误差较大的问题,通过优化设计四边形柔性枢轴的结构降低了系统在铅垂向的刚度,提升了静电力天平的力值分辨力,并基于圆柱形电容器的电容特性实现了对内、外电极同轴度的校准。经过实验测量,设计的微牛级力值计量装置具备了将100μN力值的测量不确定度控制在E-5量级的能力。此项研究成果将为微牛级力值测量基准装置的建立和微牛级力值量传方法的研究做出重要贡献。     

电子能量的基本原理及其在材料研究中的应用

电子能量损失谱(EELS)是一种集材料元素分析和元素成像为一体的现代分析技术,由于其分析精度高、对碳、氮、氧、硼等轻元素敏感,因此被越来越多地应用于材料研究领域,并且由于EELS能反映原子外层的电子状态,还可被用于原子价态变化分析。介绍了EELS的基本原理、基本组成、基本功能以及在材料研究中的应用。结合与其他分析技术之间的比较,对EELS技术在材料研究中的作用进行了评价。     

基于有限元的能量流分析方法研究

区别于传统的统计能量分析,通过对有限元方法计算结果的后处理也可进行能量流分析。为提高计算效率,分析过程中对某些与频率相关的积分进行了推导简化。在此基础上,以Matlab为平台编写了相关计算程序。而后,对具体算例进行基于有限元的能量流分析并与统计能量分析的结果进行比较。最后,基于此算例进一步对基于有限元的能量流分析方法进行改进并对相应的计算程序进行优化提高计算效率。     

新型CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性研究EI北大核心CSCD

点阵夹芯结构因其优异的力学性能、出色的能量吸收能力、独特的功能性,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。然而,传统点阵夹芯结构在面外压缩载荷下存在应力分布不均匀、节点应力集中等缺点。为了解决上述问题,该研究基于体心立方结构(body-centered cubic,BCC)提出了一种新型的余弦函数单元基(cosine function cell-base,CFCB)点阵结构。为了研究CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性,制备了CFCB点阵夹芯结构,开展了准静态压溃试验,并与BCC点阵夹芯结构的试验结果进行对比。结果表明,CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下的承载与能量吸收能力明显优于BCC点阵夹芯结构。随后,基于有限元模型,系统揭示了芯子单胞直径、幅值、周期长度等胞元参数及厚度方向上的单胞层数对CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下吸能特性的影响。相关研究成果有望为新型CFCB点阵夹芯结构设计提供参考。