四旋翼微型飞行器设计

针对常规无人飞行器尺寸较大,无法适用于室内狭小空间飞行的问题,设计了一种四旋翼微型飞行器.建立了微型飞行器的动力学模型,介绍了组成飞行器的相关硬件.构建了由三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成的姿态测量系统,给出了姿态解算的具体步骤.使用了互补滤波器对陀螺测量误差进行矫正,并给出了互补滤波器融合系数的确定方法.采用基于欧拉角反馈的PID控制器进行姿态控制,无需建立复杂的控制系统模型.该飞行器最大尺寸15 cm,重量22g,可垂直起降和悬停,适用于狭小空间的侦察任务.     

面向微操作的显微视觉系统自动聚焦优化算法

研究了面向微操作的显微视觉系统自动聚焦评价函数和聚焦控制策略。首先,分析显微图像特点并做预处理;接着引入像素相关性指标,并结合梯度函数形成一种新的图形清晰度评价函数,改善了函数的灵敏度和抗噪性;最后对传统爬山算法进行改进,在粗调阶段以大步长搜索并用曲线拟合的方法快速定位到峰值点附近,精调阶段以小步长搜索到评价函数值下降点即可准确定位到焦平面,该算法避免了复杂的阈值设定问题,与传统爬山法相比,在一定程度上提高了聚焦速度,并大幅提高了聚焦成功率。     

基于MEMS工艺的SOI高温压力传感器设计

利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接.对封装的敏感芯片进行高温下的加压测试,高温压力测试结果表明,在21℃(常温)至300℃的温度范围内,传感器敏感芯片可在压力量程内正常工作,传感器敏感芯片的线性度从0.9 985下降为0.9 865,控制在较小的范围内.高温压力下的性能测试结果表明,该压力传感器可用于300℃恶劣环境下的压力测量,其高温下的稳定性能为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考.     

Assessment of micro turning machine stiffness response and material characteristics by fuzzy rule based pattern matching of cutting force plots

In micro-nano systems technology (MNST), application of mechanical based machining operations such as micro turning, micro milling, micro EDM have shown promising trends to produce micro parts in batch scale. In order to ensure reproducibility better understanding on micro cutting process dynamics and sensitivity of machine stiffness and material characteristics becomes critical. In this paper, a methodology has been developed to assess machine stiffness and material dependent characteristics and demonstrated for micro turning operations conducted on DT-110 micro machining center. In this method, authors incorporate pattern matching algorithm to compare run data image of cutting force plots with that of reference plot. The reference plots of cutting forces v/s time were drawn from simulation run data computed from the micro turning process models. The run data plots of cutting force v/s time were drawn from the processed signal data obtained from the dynamometer during machining operation. The plots were fragmented into patterns and Euclidean distance computed between pair patterns of reference and measured cutting forces v/s time plot image represents the changes happened in machining conditions. This has been used to perform backward calculation to assess the machine stiffness response and material characteristic constants variations over machining time. In order to perform these comparative pattern error adjustments between reference and measured cutting force plots a fuzzy rule based algorithm has been developed.     

干涉条纹检测微动位移的图像处理方法

干涉测量方法目前已经在我国广泛应用,测量精度也是不断提高,而测量精度根据不同的方法而不同,通过目测干涉条纹变化来检测位移的变化,不仅使使用者劳动强度大,而且因为不同的测量人员而得到的结果,提出基于图像处理的干涉条纹检测微动位移的方法。根据试验结果,检测精度达到λ/10,为精密测量位移提供方法参考。     

微型惯性测量组合数据采集系统

根据目前微观性测量单元Mimu中硅微机械陀螺仪和加速度计的主要技术性能及A/D转换技术的现状,提出了基于高集成度、低功耗和6通道16位逐次逼近型ADC的电压输出实时数据采集系统.介绍了为提高系统应用性能而采取的技术措施,并通过实际测试证实了这些措施的必要性和有效性.实验表明,此数据采集系统测出的零位稳定性和标度因数等性能指标与用Agilent六位半34401 A数字万用表测出的结果一致,满足设计要求.     

面向生物医学应用的微操作机器人技术发展态势

近年来,生物医学得到了迅猛发展,研究领域多涉及到微纳米操作.手动操作存在工作效率低,成功率低等缺陷.因此,由生物医学与微操作机器人结合而产生的生物微操作机器人已成为全世界范围内的研究热点.基于此,通过对当前国内外生物微操作机器人的研究现状、实际应用等方面进行分析,总结出生物微操作机器人在视觉伺服控制、驱动器、执行机构、微操作控制策略、几何标定、传感器融合等方面存在的不足,并提出改进意见,以期对该领域未来的创新设计以及发展研究提供一定的参考及指导作用.     

基于红外光谱的瓦斯传感器研究

介绍了一种基于红外光谱原理的瓦斯传感器的设计方法。运用了分子辐射吸收理论来检测瓦斯的红外技术。以STC12C5410AD单片机为核心,利用红外热释电探测器将光信号转换为电信号,通过放大电路将微弱信号放大、滤波、A/D转换、单片机进行数据处理,最终实现瓦斯浓度显示及浓度超标时进行声光报警等功能。     

基于TOPSIS法的皮卫星计算机系统设计

皮卫星具有成本低、反应灵敏等特点,是航天领域的研究热点。由于体积和质量的限制,大卫星复杂的星载计算机系统结构并不适用于皮卫星。介绍基于COTS器件的皮卫星星载计算机系统模块化设计技术,将多准则决策方法TOPSIS排序法应用于皮卫星的芯片选型。研制2版基于不同低功耗微控制单元的计算机原理样机,并通过大量实验测试比较2版原理样机的速度、功耗、运行温度等性能。当工作温度为27℃,主频为8 MHz时,基于MSP430芯片和ATxmega芯片的原理样机的MIPS值分别为7.449和6.781;运行加法运算的时间分别为0.613μs和1.381μs,功耗分别为38.224 mW和54.411 mW。在-40℃~85℃时,原理样机均可正常工作。