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。     

基于电容式微机械声学传感的纳米梁非线性振动控制

电容式微机械声学传感器(CMUT)具有高带宽、易集成阵列化、无需匹配层、灵敏度高等优点,利用CMUT器件检测纳米梁产生的声波信号,得到纳米梁的振动信息,将CMUT器件置于纳米梁下方作为振动信号检测传感器。应用静电反馈控制器,以Euler-Bornoulli梁为振动模型,提出基于CMUT传感的纳米梁非线性振动控制方法,建立纳米梁非线性振动微分方程,应用多尺度方法研究纳米梁的非线性振动控制。分析了控制增益等系统参数与纳米梁非线性振动之间的关系,研究了改变系统参数来增强系统振动稳定性的方法。研究结果表明,选择合适的系统参数可以减弱甚至消除系统振动的非线性并增强系统的稳定性。     

纳米梁非线性振动隧道电流反馈控制

针对纳米梁振动中出现的非线性问题,提出了基于隧道电流反馈控制的纳米梁振动控制方法。将电子隧道效应理论应用于纳米梁的振动信号检测中,以提高信号提取的准确性,通过位移和速度两种电流反馈所产生的两种控制电压信号对纳米梁非线性振动进行控制,建立基于隧道电流反馈控制的纳米梁主共振非线性振动方程,并应用多尺度方法求得主共振幅频响应方程,研究了直流和交流激励电压、振动控制参数、阻尼值、控制电压等与纳米梁主共振幅频响应之间的关系,分析了影响系统振动非线性的因素。研究结果表明,减小直流激励电压至1. 5 V或交流激励电压降至1. 0 V,系统振幅峰值分别衰减50%和58%,振动非线性减弱;增大阻尼、减小系统控制电压以及选择适当的振动控制参数均可以使纳米梁主共振幅频响应得到有效控制,同时可以降低系统振动的非线性。     

基于压阻反馈信号纳米梁非线性振动控制

研究了基于硅压阻效应纳米梁非线性振动控制方法。在纳米梁固定端上表面粘贴硅压阻膜片,压阻膜片的电阻值随着纳米梁的振动发生变化。利用惠斯通电桥电路提取振动信号作为电压反馈控制信号,控制纳米梁的非线性振动。用多尺度法求解方程,得到系统主共振的幅频响应方程。由幅频响应方程分析系统非线性振动方程解的稳定性,研究了交流激励电压幅值、阻尼、反馈增益参数对系统稳定性和振幅的影响规律。研究结果表明:激励电压由0.25 V减小至0.1 V时,最大振幅衰减60%。无量纲阻尼由0.058 5增加至0.087 8时,最大振幅衰减40%。增大阻尼和反馈增益参数可以减弱甚至消除纳米梁振动的非线性特性。该研究成果为纳米梁非线性振动控制及信号提取提供了一种理论方法。     

纳米梁非线性振动的静电反馈控制

针对静电激励作用下纳米梁非线性因素导致的振动不稳定问题,研究了当激励频率接近系统固有频率一半时纳米梁在静电激励作用下非线性振动的超谐共振控制。设计纳米梁非线性振动平行板静电反馈控制器,利用石墨烯薄膜阻变特性提取纳米梁的振动信号,利用静电反馈控制方法控制纳米梁的非线性振动。采用多尺度法研究纳米梁谐振器非线性振动超谐共振及其解的稳定性,得到类线性弹簧系统临界控制电压,并给出纳米梁尺寸和结构参数设计范围,为纳米梁谐振器的制造与控制提供理论分析和计算方法。仿真分析结果表明,反馈控制电压能够有效消除静电驱动非线性现象。     

十字型微谐振梁多场耦合振动及信号分析

微机电系统（MEMS）又称微系统或微电子机械系统，是在微电子技术基础上发展起来的一种高科技微型器件或系统。MEMS集光刻、腐蚀、LIGA、硅和非硅表面微加工、精密机械加工等技术于一体，其尺寸在微米量级。利用微加工技术生产的微传感器以结构简单、灵敏度高和工作稳定等特点而广泛应用于工程实际中。微传感器通常采用静电激励与电容检测方法检测信号，即利用谐振梁振动时的位移变化导致电极之间的距离变化，从而使电极之间的电容值产生变化，检测到的电容变化频率即为谐振梁振动的频率。为解决微传感器电容检测信号微弱、检测精度较低的问题，提出了一种十字型微谐振梁。为研究微谐振梁的多场耦合效应，在考虑范德华力、电场力的情况下建立了谐振子的多场耦合非线性动力学方程。采用林滋泰德-庞加莱法求解获得其非线性振动的动态位移，分析了多物理场参数对于谐振子振动位移平均值以及电容变化量的影响规律。运用微纳加工手段制作出十字型微谐振梁，采用静电激励-电容检测方法进行了谐振频率和振动位移导致的电容变化量测试。结果表明：十字型谐振梁增大了极板面积，电容变化量增加，其信号强度更强。当面积增大75%时，电容变化量为原来的4.2倍，信号强度...     

微角速度传感器在不同气压下的振动特性

研究振动轮式微机械角速度传感器在 4Pa到10 0 k Pa 气压范围内的振动特性。被测传感器的直径为1.3m m,厚度约 30 μm。用电容检测技术测量其振动信号 ,以获得传感器幅频、相频特性。试验得到了传感器两个振动模态的品质因数与气压的关系曲线 ,发现了传感器的非线性振动和模态耦合现象。弹簧的非线性弹性引起了非线性振动 ,振动方向不正交及电信号耦合导致了振动耦合现象。试验结果表明驱动梁为曲梁的传感器与直梁传感器相比 ,驱动轴非线性振动特性大大降低     

基于线性控制参数的非线性汽车悬架最优控制

为研究非线性汽车悬架的振动控制问题,提出一种基于线性控制参数的最优控制方法。建立了两自由度悬架非线性动力学和数学模型,引入速度和位移线性控制参数,采用平均法导出悬架的主共振幅频响应特性,分析了激励幅值、非线性程度及控制参数的变化对共振幅值的影响。对悬架的稳定性进行分析,在保证振动方程存在稳定解的条件下,得到控制参数的取值范围。以悬架的衰减率和振动能量为目标函数,以控制参数取值范围为约束条件,利用最优化方法得到最优控制参数。研究发现,悬架的非线性振动特性受激励幅值和系统非线性程度的共同影响,在控制过程中速度控制参数起主要作用,当两种控制参数取得最佳值时,悬架共振峰值较无控制参数可衰减88%左右,且悬架的非线性振动特性得到消除。最后利用数值仿真,验证了该方法的有效性。     

基于非局部理论的参数不确定纳米梁的非线性振动分析

考虑纳米梁的弹性模量、长度、阻尼系数及外激励幅值为不确定参数,以Eringen所建立的非局部理论为基础,建立了区间变量的纳米梁非线性振动方程,采用变分法对具有区间变量的非线性振动方程的主共振响应进行求解,根据区间分析法计算出纳米梁主共振响应幅值的上下限,并且给出了区间变量的纳米梁非线性振动方程的数值求解格式。通过与Monte Carlo方法对比,验证了所提出的求解区间变量的非线性振动方程方法的正确性。研究结果表明:不确定参数对参数纳米梁的主共振响应具有较大的影响,在实际问题分析中,不能忽略参数的不确定性。该方法对于具有不确定参数的纳米梁的研究具有重要的理论价值及工程意义。     

含分数阶车辆悬架非线性振动最优化控制

针对含两类分数阶微分项的悬架系统非线性振动,提出一种最优化控制方法,并得到最优反馈控制参数的取值范围。以一个带有两类分数阶微分项的非线性单自由度悬架系统为控制对象,引入线性控制参数,采用平均法得到系统的近似解,导出系统的幅频响应特性。分析系统作周期振动的定常解的稳定性,在保证系统存在稳定解的前提下,得到反馈控制参数的取值范围。分别以悬架系统的衰减率和稳定的反馈控制参数取值范围作为最优化控制的目标函数和约束条件,利用最优化方法得到最优反馈控制参数。研究了激励幅值及分数阶微分的变化对反馈控制参数的影响。仿真结果表明:引入控制参数能有效减小悬架系统的主共振幅值,减弱或消除其非线性振动特性;不同的分数阶阶次会对控制参数产生影响,进而影响系统的振动控制效果,其作用不可忽视。研究结果为悬架系统的优化设计提供了理论依据和设计参考。     

一种电容传感器检测定位扬声器接线端子的方法

基于平面电容传感器原理,提出一种应用于扬声器接线端子定位检测系统的新型电容传感器,可以有效检测定位扬声器接线端子。介绍了这种电容传感器的设计,描述了电容传感器用于检测扬声器接线端子的基本方法;并给出了相应的电路模型。根据扬声器接线端子的外形特点来确定电容传感器的最优设计。实验结果表明:电容传感器对扬声器接线端子区域较敏感,电容-频率变换振荡器输出频率为51 k Hz左右的波形,相对频率差约5 k Hz。通过检测振荡器的频率变化,运用自学习均值滤波频率采集算法可实现扬声器接线端子的非接触检测定位。     

数字式气压传感器静态性能测试与评估

为了掌握硅压阻、数字式振筒和硅电容3种气压传感器的静态性能,进行了2次静态性能测试（非线性、迟滞、重复性）、温度测试和长期稳定性试验,并对相应各项性能进行了评估和比较。结果表明,硅电容式传感器静态特性和温度稳定性均优于其他2种;振筒式静态特性在不同环境温度下均表现良好且较稳定;常温下,硅压阻传感器表现良好,性能与振筒式接近,但低温条件下,性能下降明显,温度系数达0.002 1 hPa/℃。3种传感器长期稳定性比较结果说明了引入年漂移量作为周期检定的必检项目的必要性,测试结果也证明硅电容式气压传感器已达到了气象观测业务使用要求。     

变形对夹层圆板非线性振动影响及其周期解

为了解决载荷作用下夹层圆板非线性振动的大挠度方程求解问题,采用基于空间模态假设和变分法,导出时间模态的控制方程.采用伽辽金法推导出静挠度和动挠度耦合作用下夹层圆板的非线性动力方程,从而求解出解的时间模态的渐进表达式.最后采用Lindestedt-Poincare摄动法求解中心点附近的周期解并绘制出幅频特性曲线.结果表明:当横向激扰使夹层圆板产生较大幅度的受迫振动的同时,由于载荷作用下变形的存在,其产生的附加动挠度就会与变形产生非线性耦合现象,因而由此产生的变形必将影响夹层圆板的动力学特性.该成果对非线性振动问题的研究具有一定的参考价值和指导意义.     

非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动特性

同时考虑轧制过程中非线性动态轧制力和辊面振纹导致的非线性参激刚度的影响,建立了非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动动力学方程.应用多尺度法求解了轧机发生1/2亚谐共振时的幅频特性方程,得到了阻尼、参激刚度对系统亚谐共振的影响规律,并运用奇异性理论讨论了轧机在非自治情况下分岔特性.最后通过采用轧机实际参数进行数值仿真,得到系统各参数对幅频特性以及分岔和混沌特性的影响规律,发现系统参激刚度的变化会使轧机出现了周期运动和混沌等多种不同的运动形态,为进一步抑制轧机振动提供了理论参考.     

非线性约束粘弹性输液管的动力特性分析

应用增量谐波平衡法分析具有非线性弹性约束的Kelvin Voigt型粘弹性材质输液管的振动问题 ,着重研究了输液管的幅频特性以及流速、粘弹性系数和管液质量比等系统参数对其动力特性的影响 .结果显示输液管的振幅由于液体流速的作用将会产生较大的脉冲峰值     

静力水准传感器中厚膜陶瓷电容传感器的研制简

为研制可用于粒子加速器等大科学工程的高精度静力水准传感器,结合国内电容微位移测量技术,完成厚膜陶瓷电容的结构设计。针对参数设计,采用正交实验法和Ansoft Maxwell有限元仿真软件的优化方法,完成了电容传感器的制备及样机的测试。测试实验结果表明传感器具有2．6085％的线性度。     

对边简支梁式夹层板的非线性振动

夹层板壳结构由于其优异的力学特性在工程中被广泛使用,但有关其非线性振动特性的研究还不够完善,其精确解答一般很难得到。本文对具有软夹心和极薄表层夹层矩形板的非线性自由振动方程进行简化,并将振型设成时间和空间函数的分离形式,时间函数取谐函数,空间函数未知。将假定的振型函数带入微分方程,得到对边简支梁式夹层板无量纲化的空间模态控制方程。采用修正迭代法和伽辽金法对其进行求解,得到了梁式夹层板振型的一个解析解,以及梁式夹层板非线性振动的振幅和振频的解析关系式,并进一步分析了夹层板剪切参数对非线性振动特性的影响。     

双跨弹性转子系统弯扭摆耦合非线性故障特征分析

建立了非对称弹性支承下,带有基础松动-碰摩耦合故障的双跨转子系统弯扭摆耦合非线性动力学模型.应用数值方法研究双跨转子弯扭摆耦合振动下的动力学特性,利用分岔图、幅频特性曲线图、相图及幅值谱图,分析了摆振对于双跨转子系统的影响,揭示了不同结构参数下该类转子系统的典型非线性特征,为该类转子系统故障诊断提供依据.结果表明:摆振对双跨转子系统的运动影响显著;具有松动故障的转子系统非线性幅频特性曲线呈现不光滑的多个波峰