微机电系统光开关的扭臂式静电驱动结构设计

基于扭臂式静电驱动微执行器的基本模型,运用力矩法推导出该结构的Pull-in电压和角度,并设计了用于微机电系统(Micro Electronic Mechanical System,MEMS)光开关的单晶硅扭臂式静电驱动结构参数.在所选结构参数下,运用力电耦合分析方法,研究了空气阻尼作用对扭臂式静电驱动结构Pull-in电压的影响.对所设计的驱动结构,考虑空气阻尼作用时,Pull-in电压增大约7%.对单晶硅扭臂式静电驱动结构进行应力分析得到,当上下极板发生吸合时,结构应力均匀分布在上电极,且扭臂的最大内应力仅为72.848MPa,远小于单晶硅的屈服强度,整个驱动结构的设计是稳定可靠的;用力矩法推导出的该结构的Pull-in电压适用于该微静电驱动系统.研究结果为扭臂式微驱动器参数选择提供了依据.     

采用卡尔曼滤波算法的模块化多电平换流器电容值在线估计方法

为预防模块化多电平换流器中子模块电容器老化失效而引发系统安全问题,提出一种模块化多电平换流器子模块电容器电容值在线估计方法.首先,采用卡尔曼滤波滤除传感器采集桥臂信息存在的测量噪声;然后,利用传感器监测桥臂电流和子模块电压信息并对其进行离散化处理,建立电容、电压及电流的数学模型,实时估计子模块电容值的情况;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建8电平系统进行仿真验证.结果表明,所提出的方法稳态时估计误差在1%以内,能够实现在线估计,有利于预测性防护,提高系统的可靠性.     

自愈式电容器加速电老化试验及寿命估计

自愈式电容器的电老化过程伴随着电容下降,无法满足无功补偿对其要求时会影响电力系统的正常运行。为探究自愈式电容器电老化过程中电容值下降规律,并据此推断其工作寿命,在环境温度下针对自愈式电容器元件开展了试验电压为额定电压的1.0、1.2、1.4和1.6倍,加压时间为1 000 h的加速电老化试验,测量了试验过程中的电容值变化量。分析了施加电压对电容值下降速度的影响;并根据以上数据预估电容器在电老化下的寿命。试验结果表明:随着电压增加电容值下降量迅速增大,近似成幂函数增加;由加速电老化试验数据并结合电老化经验公式可以初步估算电容器电老化寿命,为自愈式电容器电老化及寿命预估提供参考。     

柔性直流输电用子模块电容器电容值在线获取方法

针对柔性直流输电系统中模块化多电平换流器(MMC)子模块电容器常常会老化失效,威胁系统安全的问题,以监测MMC子模块电容器状态为目标,提出了一种采用自适应滤波器的柔性直流输电用子模块电容器电容值的在线获取方法。首先,利用实时反馈到控制系统的子模块电压和桥臂电流信息,基于离散化处理后的电容器电压、电流以及电容值的关系,实时计算得到电容器电容值;然后,引入自适应滤波技术滤除计算结果的噪声,得到最终电容值的计算结果。利用Simulink仿真平台和阀段试验平台实测数据对所提计算方法进行了验证。验证结果表明,最终的电容值计算结果始终稳定在真值附近,当电压电流测量的不确定度小于1%时,可以保证计算结果误差小于0.5%,能够满足子模块电容器状态监测的需求。     

驱动器等效电路模型中电阻及电容的计算

为了找到一种计算驱动器的戴维南等效电路模型中电阻和电容值的方法,在负载电容分别取最小和最大值时,从驱动器输出仿真曲线上选择2个不同的输出电压,根据其对应的门负载延迟解出输出电阻和电容。计算结果表明,当输出电压从终值电压的30％、40％和50％中选择任意2个参考电压时,算出的输出电阻和电容值绘制的驱动器输出曲线较逼近Spice仿真曲线。     

关于外界干扰影响平行板电容器极板间电位差的讨论

本文讨论了平行板电容器处在不同的外场中,平行板电容器两板之间的电位差与极板内表面上的电荷成比例地改变时,电容器的电容保持不变.     

一种新型测脉电容传感器的设计与仿真

该课题研究由浙江省大学生科研创新团队资助,该文介绍了一种全新的差动电容式脉象传感器.三块平行放置的金属极板组成两个电容嚣,一个用做测量脉搏跳动的检测电容,另一个则作为参考电容.测量电容的金属极板随着人体脉搏的跳动而上下浮动,从而改变了两个极板间的距离,使测量电容的值发生周期性变化.通过CAV424芯片,将参考电容的值与测量电容的值做差分运算和放大运算,输出一个大小随差分信号变化的电压信号.AD采集此电压信号,即为数字化后的人体脉搏信号.     

基于MMC的永磁同步电机驱动系统新型电容电压控制策略

为改善模块化多电平永磁同步电机驱动系统的控制性能,对变换器的双星半桥型拓扑结构进行改进,并建立上桥臂和下桥臂中子模块电容电压可变控制的原理分析模型,提出一种根据电机运行速度灵活调节变换器电容电压的新型控制策略,与传统控制方法下变换器的电容电压恒定相比,此新型策略为驱动系统多增加了一维控制量,使系统在灵活性和准确性控制方面得到了明显改善.在实验室中搭建了模块化五电平永磁同步电机驱动系统测试平台,实验结果表明,该新型电容电压控制策略能够有效地控制和调节变换器各个子模块的电容电压,有利于降低系统损耗和改善电机控制性能.      

基于BEM的平行圆板电容器的电荷分布及电容的计算

在考虑到平行圆板电容器两极板之间的距离及边界效应带来的影响基础上，运用电磁场的边界元法（BEM），计算了圆形平板电容器极板上的电荷分布及电容的大小，并运用最小二乘法对电容的数值计算结果进行了拟合，得到计算了圆形平板电容器电容的经验公式，分析表明当电容器的两个极板在很大范围内变化时，本文的计算结果都与相关实验结果吻合的较好。     

“电脑编织机用压电驱动器的材料与结构”项目通过鉴定

上海大学材料学院研制的“电脑编织机用压电驱动器的材料与结构”通过由市教委组织的专家鉴定.压电驱动器作为机电一体化器件在设备小型化、智能化等方面有独特的作用.该项目组研制的电脑编织机用压电驱动器是微继电器的替代产品.编织机使用的驱动机构是一个阵列(每一根针需一个驱动器),每台编织机至少有250～500根编织针,大型的甚至达800根针.原先采用的微继电器不仅结构复杂、体积大,而且可靠性较差,能耗也较大.而压电陶瓷驱动器体积较小,在脉冲电压驱动下发生弯曲,且应变能维持相当的时间(-5s),而且在2kHz以下,其频率响应相当好.在低电…     

MEMS光开关静电驱动结构的研究

对MEMS光开关的悬臂驱动结构进行了设计,考虑到采用湿法腐蚀技术制作的微反射镜与设计尺寸偏差较大,会对光开关的性能产生一定影响,提出了一种扭臂和微反射镜相平行的光开关悬臂驱动结构,该种结构能够实现大面积微反射制作的同时,而不提高光开关的驱动电压,具有结构紧凑,便于集成的优点。采用该悬臂驱动结构,成功制作了8×8光开关阵列,单面微反射镜面积达到180μm×600μm,在65V的驱动电压下,能够实现微反射镜180μm的大位移。     

低温液面计

利用低温液体的介电常数与其蒸气介电常数不同,用一个同轴管电容器作为液面的敏感元件,当两管之间的环形空间中液面升降时,探测电容值就发生变化。探测电容作为交流电桥的一个臂,交流电桥输出的不平衡讯号经放大,检波,整流,最后由电表指示。低温液面     

电容串联的实验研究

通过测量直流状态下串联电容上的电压所出现的实验现象,从理论上分析和解释上述现象存在的原因,以及电压表内阻对测量串联电容上电压的影响,说明电容器在直流状态下的串联分压值是不能通过电压表直接测试．     

用于电池管理系统的高压多路选择器（英文）

提出了一种用于在电池管理系统(BMS)中传输和转换高共模电压的多路复用器.该多路复用器由高压开关和电平移位电路组成.在电平移位电路中,引入电阻分压器和金属层叉指电容两种结构,解决了普通电容器不能承受高电压的问题.提出了一种用于校准电容、电阻失配和参考电压偏差的校准方案.基于0.25μm1P4M 80 V BCD工艺完成该高压多路选择器设计,并用于一款电池监控芯片中.高压多路选择器版图提取的后仿真结果表明:采用电阻分压器方法,最大误差从11.2%降低到1.9%;采用叉指电容方法,最大误差从8.7%降低到2.7%.该高压多路复用器可以传输和转换0-70 V共模电压.     

介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究

针对介电弹性体(DE)驱动器驱动性能难以预测的问题,以VHB4910薄膜为待测DE材料,圆形DE驱动器作为研究对象,针对低频条件下(0.1～10Hz)DE驱动器的动态变形与击穿行为展开了实验研究。搭建了力电耦合实验测试平台,通过实验归纳了驱动电压参数对DE驱动器动态变形和击穿的影响规律。实验结果表明:DE驱动器的动态变形平衡位置受到电压幅值的影响,动态变形的振幅则受到电压频率和幅值的共同制约。动态击穿电压的数值分散性强,难以得到明显的规律特征,因此不能准确对动态击穿行为进行表征,而通过实验发现DE驱动器能承受的电压循环周期数会受到多种驱动电压参数的显著影响,故提出采用电压循环周期数对动态击穿行为进行分析。借鉴机械循环载荷下的经典疲劳曲线方程,提出利用名义静电应力幅值代替机械应力幅值、对DE驱动器在动态电压下的电致疲劳寿命曲线进行拟合的方法,以期为动态电压作用下DE驱动器的寿命预测提供一种新思路。     

磁翻柱液位计中容栅传感器电容极板的优化设计

设计了一种新型容栅传感器，使磁翻柱液位计在更广泛的工况条件下，仍能准确地测量液位值并实现电信号远传．采用Hybrid—Trefftz有限元方法建立传感器中电场的数学模型，并精确地计算出磁翻柱翻转所引起的电容相对变化量．以此电容相对变化量为目标函数，分别对4种不同形状的电容极板和同形状不同结构参数的极板进行定量研究．从电容相对变化量随电容极板结构的变化曲线中，可知形状2且极板间距为5mm为极板的最优形状．以此结构的样机进行实验，结果表明，此传感器极板结构的优化与实验相吻合，其仿真值与实验值的相对误差仅为3．3％．     

基于预充电模型与低频采样的直流支撑电容器电容辨识方法

直流支撑电容器是列车牵引变流器的重要组成部分,主要用于整流器的输出电压滤波与稳压,并保证逆变器的高效运行。电容是衡量电容器剩余使用寿命的重要指标。在恶劣的工作环境中,电容的减小速率往往比预期更快,准确、有效地对电容进行估计是直流电容器状态监测的必要条件。然而,在轨道交通应用中,中间直流环节电压传感器的信号噪声波动幅值与纹波分量波动幅值几乎相同,导致现有电容器状态辨识方法对电容的辨识误差明显上升。针对此问题,提出一种基于预充电模型与低频采样的直流电容器电容估计方法。首先,对预充电过程进行分析,建立离散数学模型以减少噪声的影响。在此模型基础上,推导电容器电容的计算公式,采用带噪声估计的RELS算法进一步减小噪声影响并获得模型参数的准确估值,进而对直流支撑电容器电容进行精确辨识。最后,在dSPACE平台上验证该方法的快速性和鲁棒性。研究结果表明：该方法可以在较低的采样频率下实现电容的准确计算;与现有估计方法相比,该方法在地铁等轨道交通场合具有较大优越性。     

静电激励纳米梁超谐共振电容控制

为研究静电激励纳米梁非线性振动的超谐共振控制问题,以Euler-Bernoulli梁为模型,提出一种非线性振动电容控制方法。纳米梁平行板电容器形成于纳米梁与平行极板间,其电容值随纳米梁的振动而变化,电容式传感器根据电容变化提取振动信号、产生控制电压。控制电压作为控制信号输入控制器控制纳米梁的非线性振动。应用多尺度法求得系统超谐共振的幅频响应方程,分析了振动方程解的稳定性,以及交流激励电压幅值、阻尼、反馈增益参数对系统振动稳定性及振幅的影响规律。应用数值分析方法得到纳米梁振动稳定性与纳米梁参数之间的关系,求得振动响应的稳定解。结果显示:当无量纲阻尼由0.017 5增大至0.020 3或是激励电压幅值减小至1.8 V时,最大振幅分别衰减40%和50%左右;增大阻尼和反馈增益参数能够削弱甚至消除纳米梁超谐振动的非线性特性。该研究结果为控制纳机电系统非线性振动提供了一种新的理论方法。     

二维射流冲击形状记忆合金驱动器的瞬态传热

用数值和实验两种方法对射流冷却、加热形状记忆合金驱动器进行研究.控制方程采用守恒形式和标准二维不可压缩k-ε紊流模型,流体和固体的耦合边界上采用与形状记忆合金相关的动、静边界条件两种形式分别进行计算,并比较了两种边界条件下射流换热效果.分析了射流速度、射流周期对换热的影响,设计了一套交变射流的实验装置,并对射流加热和冷却形状记忆合金驱动器进行了实验研究.结果表明:静边界条件下形状记忆合金驱动器温度稍高于动边界条件;射流速度越大、射流周期越长,形状记忆合金温度和形变的波动范围也就越大;实验数据与数值计算的结果吻合较好.研究结果对于以形状记忆合金作为热驱动元件的设计具有一定的指导意义.     

平板电容器的边值分析

将平板电容器电容的计算作为典型的场边值问题进行处理,从而得到了可适用于对具有任意极板半径与 其间隔之比的平板电容器电容的分析求解关系,数值计算结果与有关理论分析的高度一致性,表明了所建立的分 析模型的有效性。