基于有限元的超声聚焦悬浮振子设计研究

针对精密硅晶片在传统夹持与运送过程中存在的问题,提出了基于超声聚焦悬浮的非接触夹持方式。利用纵弯复合振动原理及自聚焦原理设计了纵弯复合超声聚焦悬浮振子,基于有限元分析方法对其进行了结构动力学仿真分析,并对超声聚焦悬浮振子样机进行了阻抗和振动测试实验研究,为实现硅晶片的非接触超声聚焦悬浮操纵和安全运送奠定了研究基础。     

单个厚电极超声换能器振子的频率方程

旋转超声加工是加工硬脆材料的一种较好方法。为实现长时间连续稳定工作,必须使用厚电极的超声换能器振子。目前,对厚电极换能器振子的研究较少,使用时一般使用近似计算与实验调整相结合的方法。为了较精确地设计厚电极超声换能器振子,类比薄电极换能器振子的研究方法,推导了单个厚电极节面在能器振子中间时的频率方程,并使用模态实验分析和有限元仿真相结合的方法进行了验证,结果表明:在给定的电极厚度范围内,换能器振子的谐振频率误差小于5%,完全满足工程应用的需要。     

H形直线超声电机振子的结构分析及模态优化

在纵、弯复合模态直线超声电机的基础上,提出并试制了一种新型的直线超声电机。通过解析法确定振子两侧直梁的长度和厚度范围;完成了H形振子的结构设计,确定了振子的柔性支撑方案。利用ANSYS软件对H形压电振子进行了优化设计。根据优化设计结果,试制了原理样机。实验结果表明:振子的实测谐振频率与有限元计算结果有一定的偏差。实测的频率比有限元计算值要低,其原因是在测试时,振子的边界条件与有限元计算时相比发生了变化。     

同相馈电双正交振子的圆极化实现

为了实现双正交振子的圆极化,正交同相馈电双振子天线的研究为设计圆极化的天线提供了依据,使振子天线在通信领域中得到更广泛的应用。通过对同相馈电双正交振子结构的理论分析,研究了同相馈电双正交振子天线实现圆极化的基本原理,得出振子的长度与半径和轴比之间的关系,继而实现了双正交振子天线的圆极化。利用HFSS软件进行仿真以验证矩量法计算结果的正确性。结果显示,通过改变振子的长度和半径,可以改善天线的轴比,实现天线的圆极化。     

一种L形大推力板结构直线超声电机

为了在扁平作动空间内有效地提高超声电机的输出性能,研制了一种板结构直线超声电机。该电机包括由2个相互垂直的矩形板振子组成的L形定子和直线导轨,利用两振子弯曲振动所形成的对称和反对称模态,通过两相模态切换,实现电机的双向运动。首先,运用有限元方法分析了前端盖开槽对驱动足振幅的影响,通过开设一道圆弧槽增加驱动足处的振幅;其次,研究了振子的螺栓紧固方式对压电陶瓷中预应力的影响,针对矩形板振子结构扁平、横向尺寸大的特点,在振子横截面中部两侧各采用1根螺栓进行紧固,以提高预应力的大小和分布的均匀性;最后,制作样机并开展了实验研究。实验结果表明,电机最大空载速度为435mm/s,最大推力达100N,推重比为54.6。     

基于超声悬浮的液滴非接触操控及其动力学

超声悬浮是利用超声波的非线性效应产生声辐射力实现物体悬浮的独特技术.由于避免了与固体表面的接触,声悬浮技术特别适用于对液体样品的无容器操纵,被广泛应用于液滴动力学研究以及基于液滴的微生化反应与分析.本文简要介绍了声悬浮的基本原理和主要技术,综述了声悬浮液滴动力学的研究现状,包括液滴的平衡形状、振荡、失稳以及内外部流动,讨论了利用声悬浮技术对液滴进行操纵的若干方法.本文还总结了声悬浮技术的主要应用,提出了声悬浮的若干未来研究方向.     

超声振动内圆磨头振子系统的设计

本文介绍了超声振动内圆磨头振子的理论设计方法,通过理论方法设计了振子的具体结构,并制造了振子实物。并通过有限元分析和实验验证了此方法的可行性,同时,也证明了实际振子可以可靠的工作。     

多自由度超声波电机及其转子支持机构研究

应用有限元方法,设计和制作了一种能实现机器关节的多自由度超声电机.给出了一种正交轴承法转子支持机构,用于实现转子在机器手指关节中的应用.该电机定子由一个压电多层纵振子和一个夹心式弯曲振动换能器组成.多层振子较低电压下可在竖直方向产生较大振动位移.夹心式弯曲振子由两个纵向振动压电片和四个铜电极组成.在夹心振子上施加具有一定相位差的电压信号,会产生两个相互正交的弯曲振动.通过激励定子3种不同振动模式,可驱动位于定子表面的转子产生多自由度转动.测试结果表明:以多自由度超声电机作为驱动源,采用正交轴承法转子支持机构,可以有效增加机器手指关节的运动自由度.     

基于变尺度杜芬阵列的超声非线性输出信号检测

针对超声非线性输出信号中二次谐波信号比较弱、且是经过复杂传播的非线性时间序列,利用变尺度杜芬阵列对超声非线性输出信号进行检测评估材料的疲劳损伤。首先对杜芬振子进行频率变换、分析初始相位对检测结果的影响,构建检测实际工程信号的杜芬阵列模型,并对超声非线性输出信号进行变尺度变换,使杜芬阵列与超声非线性输出信号相匹配。当处理信号输入杜芬阵列模型时,第二个杜芬振子相轨迹由混沌状态过渡至大尺度周期状态,微弱二次谐波信号可以被有效的检测出来。根据杜芬振子总驱动力幅值和响应信号幅值之间的对应关系对二次谐波信号幅值进行有效估算。最后,探究随机噪声对检测模型的影响,当待测信号含有噪声时,杜芬振子相图仍变为大尺度周期状态,随着信噪比降低,相轨迹越来越粗糙,且稳定性变差。以上分析表明,利用构建的杜芬阵列模型能够有效检测超声非线性输出信号的二次谐波,对材料的疲劳损伤状态进行有效评估。     

一种新型分形印刷对称振子的设计

研究了一种新型分形曲线,并利用其设计了新型分形印刷对称振子,对它的谐振频率特性和辐射方向图特性进行了研究。利用迭代函数系描述了一种新型分形曲线的生成,并给出了该分形曲线相似维数的表达式。将一阶新型分形曲线应用到印刷对称振子的小型化设计中,仿真结果表明:在不影响对称振子辐射特性的基础上,新型分形印刷对称振子较同等条件下的半波印刷对称振子能够实现81.5％的尺寸缩减。因此,该新型分形曲线在印刷对称振子小型化领域具有较大的研究价值。     

静电悬浮系统中的调幅式直流高压放大器

静电悬浮系统中通常采用高压放大器提供的高压产生静电力。该文提出一种调幅式直流高压放大器 ,它由幅值调制、功率放大、变压器升压、线性检波组成主回路 ,通过电压负反馈构成闭环控制。对电路中各环节的特性进行了分析 ,并讨论了高压放大器的性能指标。当负载电容为 6 6 p F时 ,测得高压放大器的输出电压达 1.6 5 k V,脉动系数为3.5 % ,带宽 4 .9k Hz,最大功耗 5 .72 W。实验与分析表明 ,直流高压放大器采用高的载波频率和闭环结构后 ,可以拓宽放大器的通频带 ,提高输出高压的出力系数、波形质量与长时间稳定性。     

电磁永磁混合悬浮系统的建模仿真与实验

为了降低电磁悬浮系统产生的不参与列车牵引做功的大量悬浮能耗,系统中加入了永磁体,构成了混合悬浮系统,由永磁力抵消。一部分负载力,电磁系统实施快速调节保证动子稳定悬浮,基于等效法建立了混合悬浮系统的数学模型,仿真计算出混合悬浮系统的悬浮力,其值远大于计算得到的纯电磁系统的悬浮力。计算结果与实验结果比较基本一致,由此验证了所建立混合悬浮系统模型的正确性,说明混合悬浮系统具有小电磁电流和低悬浮能耗的优越特性。     

近场超声悬浮平台模态振型优化设计及可行性分析

为了避免在传送过程中传送带与精密元件之间的摩擦损伤,设计了一种紧凑型非接触超声传送平台,对其可行性进行理论研究和实验验证。通过ANSYS动力学分析建立对称模型,模拟传送平台的模态和传送平台中心点的谐响应振型,结果显示,不同波数条件传送平台呈现出纯弯曲或混合波驱动状态。对所设计的紧凑型传送平台原型进行扫频实验,验证了超声传送过程的可行性以及悬浮频带和振型。理论及实验结果表明,根据不同使用条件,需要对驱动平台进行模态及承载能力的优化设计。研究成果可为超声悬浮平台模态振型和带宽的设计提供参考。     

一种实用超声马达驱动电路的设计和制作

超声波马达是一种借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力的驱动结构。超声波马达需要专用电源供电,在实验室中只要具有信号发生及放大装置即可满足这个要求,而当马达作为某个装置的部件时,就需要配置专用的可移动电源器。针对实验室利用压电材料所研制的新型超声波马达,设计和制作出了一种专用驱动电路。该驱动电路由干电池提供直流电源,产生频率范围为10-100kHz,电压峰峰值为0-180V可调的超声波信号。实验结果表明,研制的电路性能稳定,能方便地驱动超声波马达,并良好运转。     

CMOS全差分跨导运算放大器的建模与设计

研究带增益自举结构的高速、高增益跨导运算放大器,并对增益自举运放建立数学模型和进行Mat-lab仿真验证.将设计的运算放大器应用于12bit 100MSPS模数转换器(ADC)中,可得到辅助运放的带宽的最佳设计.仿真结果表明:添加辅助运放后,可以达到106dB的增益,增加了55dB;添加辅助运放后的主极点较之前大大减小,次主极点略有减小,但辅助运放的添加并不会影响运放使用时的速度.     

基于前馈-反馈的磁悬浮列车悬浮系统控制结构

磁悬浮列车控制系统性能直接影响到磁浮列车的稳定性、安全性,由于电磁铁模型本身的不稳定性和非线性,悬浮系统必须选择合适的控制方式才能使其稳定工作.为消除扰动对磁悬浮列车悬浮系统的影响,在线性近似模型基础上提出一种前馈-反馈复合控制结构,利用PI控制器消除稳态误差,利用前馈控制抵消扰动对系统的影响.采用MATLAB对系统进...     

基于 Multisim 的高频功率放大器仿真分析简

利用Multisim先进的高频仿真功能构建了由甲类和丙类功率放大器级联的高频功率放大器,并进行仿真实验.采用分级测试、两级级联的形式,给出了甲类功率放大器的工作状态,丙类功率放大器的调谐特性及级联放大器的负载特性分析.所得仿真结果与理论分析一致,为高频电子线路实践教学提供了保障.     

双凹面聚焦超声波场中悬浮粒子操控原理与实验仿真

为提高聚焦超声波场的悬浮能力以及拓宽悬浮粒子的移动区域,研究了超声波场中声压大小的计算公式以及凹球面阵列中阵元的延迟时间与聚焦点位置的关系式,并运用COMSOL多物理场软件进行仿真验证.通过搭建双凹球面超声波阵列悬浮装置,控制发射极信号相位实现了悬浮粒子在竖直方向上的移动,实验中粒子的运动轨迹与仿真结果有较好的一致性....     

超声破解剩余污泥的研究

通过混合水平有交互作用的正交试验,考察超声时间、超声频率、超声功率和超声脉冲比及超声时间与频率、时间与功率和功率与频率因素间交互作用对剩余污泥超声破解效果的影响.研究结果表明:超声破解污泥的最佳参数组合为超声时间7min,超声频率20kHz,超声功率600W,超声脉冲比3∶1;3个因素间的交互作用不明显.考察超声破解7个不同MLSS(混合液悬浮固体浓度)污泥的情况,当适当提高污泥浓度时破解效果更佳;考察超声破解污泥时间曲线,超声破解污泥40min后各指标的破解率增加缓慢,在15~20min时超声破解污泥的能量利用率最高.     

应用于WLAN的高效率F类功率放大器

为了提高在高速率信号传输下无线通讯发射系统中功率放大器的工作效率,提出了一种结构新颖的高效率F类功率放大器.通过计算机仿真与实验板调试相结合的方法确定了放大器的最佳漏极阻抗,根据F类放大器漏极电压和漏极电流是相位差为λ/4的方波和半正弦波的特性,通过仿真软件设计和优化,设计出的谐波滤波网络在输出谐波频点有良好的滤波性能.为了降低栅源电容对输入信号造成的失真,在输入端口加入短截线,提高了放大器的漏极效率.通过测试,功率放大器工作在2.4GHz时,在2dB增益压缩点的功率附加效率为67%,输出功率为30dBm.测试结果表明,该高效率功率放大器适合应用于WLAN无线通讯发射系统.