柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题,提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法。该方法采用遗传算法(GA)与有限元方法(FE)联合的优化策略,用MATLAB软件作为"调度员",将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成,共同完成柔性机构的优化功能。最后以一种柔性微杠杆机构为例,实现了提出的优化方法,给出了优化的结果。     

复合式叶片型面测量系统的误差 分析与补偿

针对具有复杂型面的叶片类零件检测中所面临的数字化测量问题,提出了一种复合式的测量原理与方法。分别采用接触式的电感原理和非接触式的激光三角原理测量叶片的叶根基准以及叶身型面,并基于此原理设计研制了叶片型面四坐标测量系统。研究中结合该系统的机械结构特征,对影响其测量精度的各项几何误差进行了系统的分析,并提出了基于激光干涉测量的误差提取与补偿方法。实验结果表明,应用提出的误差分析与补偿方法可有效获取叶片型面四坐标测量系统的几何误差并显著提高其测量精度。     

一种三维Mach-Zehnder型抗共振反射光波压力传感器

为了缩短传感器尺寸,提高耦合效率,提出了一种三维Mach-Zehnder型抗共振反射光波(ARROW)压力传感器.该传感器为一个金属分割的层叠ARROW结构以及两个3 dB垂直耦合器组成的Mach-Zehnder干涉仪.利用有限元方法(FEM)研究、分析了硅弹性膜片应力分布,确定传感器的结构设计参数.使用BPM分析由光弹性效应引起输出变化及其与压力之间的关系.结果表明,该传感器可通过调整垂直耦合器的长度来调节耦合效率,无需弯曲波导,可降低器件尺寸,实现压力检测.     

薄膜单点力传感器

针对处于点啮合状态下物体间啮合力的检测问题,提出薄膜单点力传感器。根据物体间啮合力较大的实际检测状况,利用碳二硫化钼压敏电阻油墨的轴向实心柱式压阻效应实现对点啮合物体间啮合力的检测。在研究现有成熟的丝网印制工艺基础上,通过丝网印制技术制作了薄膜单点力传感器,其厚度为0.15 mm。试验测试与分析可知,薄膜单点力传感器能够检测出点啮合物体间的啮合力;并且该传感器具有良好的性能,如灵敏度为 962.5 Ω/N,分辨率为0.002 N。     

一个实用的矩形件优化排样启发式算法

仔细研究了传统矩形件优化排样近似算法及存在的主要问题，提出一个新的启发式算法。该算法根据最后板材的实际排放情况，采用了多种排放策略，克服了原算法的在零件数较少时的缺陷。在此基础上用Visual C 6．0开发了一个实用的矩形件计算机辅助排样系统。实际应用表明，新算法可获得比原近似算法更好的优化排样结果。笔者给出了算法的具体实现方法和步骤．     

CMUTs机电耦合系数解析式及其对功耗的影响

电容式微加工超声换能器(CMUTs)在便携式超声成像与治疗、家庭超声诊断系统、基于超声波的非接触式人机接口等领域具有极其可观的应用前景。实现低功耗、高机电耦合系数CMUTs的研发是解决上述应用需求的关键,而这就需要对CMUTs机电耦合系数的变化规律及其对功耗的影响具有更深入的理解。针对圆形和方形薄膜CMUTs,利用基于固定电容和自由电容比值的原理建立了圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式,同时利用有限元仿真和对已有CMUTs芯片机电耦合系数的试验测试来验证理论解析式的正确性;开展了机电耦合系数的参数化研究;建立了CMUTs功耗与偏置电压之间的函数关系。结果表明圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式能在低于塌陷电压96%的偏置电压范围内准确分析不同偏置电压下的机电耦合系数。在相同偏置电压下,机电耦合系数随着空腔高度增加而降低,但随着薄膜半径增大而增加;在相同偏置电压/塌陷电压比下,具有不同结构参数的CMUTs机电耦合系数相同。此外,从功耗与机电耦合系数的内在关系研究中可知通过减小塌陷电压或提高在低偏置电压下的机电耦合系数则可实现低功耗和高机电耦合系数这两种相互制约的性能参数...     

一种粗糙面双站散射非定常迭代算法

发展了一种残差光滑平方化共轭梯度(RSCGS)方法.通过残差光滑技术和平方化共轭梯度法的结合,使该方法既有收敛迅速的特点,同时又保持良好的收敛性质.在电磁离散矩阵方程求解计算中,该方法能加速迭代收敛和改善迭代收敛性质.最后利用该方法计算了当TE、TIM高斯波束入射在高斯粗糙导体表面和复合粗糙导体表面的双站散射系数,计算结果表明了该方法的有效性.     

基于TiN涂层/玻璃基体的热压印模板的制备与性能

对于热压印光刻而言,制备具有精确几何结构、良好耐磨损性能以及长使用寿命模板至关重要.在分析现有Si或SiO2模板使用性能基础上,提出了在TiN涂层/玻璃基体上制备热压印模板.首先采用直流磁过滤电弧在玻璃上沉积TiN薄膜,然后,通过聚焦离子束在薄膜上加工出最小线宽71nm的栅型结构,最后,使用所加工的模板,进行热压印实验,获得了良好的压印结果.实验结果表明,TiN作为模板材料可以获得高保真度的纳米图案,并且由于TiN比Si或SiO2具有更高硬度和强度,玻璃基体也具有很好的机械性能,由TiN/玻璃系统制备的压印模板的机械性能和使用寿命较之Si或SiO2基模板得到很大提高.     

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。     

纳米压入法测量中初始接触点判断问题研究

对于纳米压入法,在加载过程中,压头尖与试样表面的初始接触点必须判断准确,初始接触点判断的精度将对测量结果产生很大的影响.本文利用西安交通大学精密工程研究所研制的微力微位移测试仪,对初始接触点判断的相关问题进行了深入研究.在压头尖与试样表面接触前,由电容测微仪测得的位移值是加载装置空载下的输出值;而当压头尖与试样表面接触后,压头与试样之间将产生作用力,使电容测微仪的测量值偏离加载装置空载下的输出曲线趋势.分别用一直线和一多项式曲线对压头无载荷和有载荷作用时测得的电压位移曲线进行拟合,拟合直线和曲线的交点即可作为初始接触点.大量的实验表明,运用上述方法可使初始接触点的判断精度在±10nm.