大面积扫描探针显微镜研制

介绍了一种大面积扫描探针显微镜。仪器采用大范围扫描与高精度微动扫描相分离、X-Y扫描与纵向检测相分离的方案，同时具备较大扫描范围和较高的分辨率，扫描重复性好，大面积扫描范围220mm×290 mm×60 mm，重复性2～3 μm，并可实现探针的自动逼近、光学显微镜自动聚焦和图像自动拼接。     

一种测量CW Nd:YAG棒热焦距的简单方法

根据稳定腔g参数条件找到一种测量CWNd :YAG棒热焦距的简单方法 .用此方法分别测量了5mm× 1 0 0mm ,6mm× 1 0 0mm ,7mm× 1 0 0mm三种不同直径的YAG棒对不同输入功率下的热焦距 ,与传统的测量方法相比 ,这种方法简单、可靠、准确度高 ,适用于中小型CWNd :YAG激光器 .     

数字超声电视测井系统的几个参数分析

本文分析了数字井下超声电视系统中影响系统性能的几个主要参数,其中包括距离测量误差、系统的裂缝分辨力、超声换能器的副瓣影响以及声波的传播损耗等.距离测量误差主要取决于时间测量精度,在正常条件下系统的平均距离检测误差可达0.3mm.裂缝分辨力与波束粗细和系统增益有关;系统的最高分辨力约为1mm.文中还分析了如何消除声波副瓣的影响等.本文分析的结果不但对于研制与应用数字井下超声电视有指导意义,而且对于超声技术的其它工业应用亦有参考价值.     

混凝土三点弯曲梁断裂能的测试研究

基于虚裂纹模型概念的断裂能G_F是一个能较真实反映混凝上断裂特性的材料参数。本文除用RILEL规定的100mm×100mm×800mm三点弯曲梁进行了G_F测试外,还分别进行了100mm×100mm×600mm和100mm×100mm×400mm短跨度三点弯曲梁的C_F测试,全部试验在自行设计、加工的刚性加载架上进行,测得800mm标准梁C_F=137.0N/m,另两种短梁G_F分别为131.6N/m和128.6N/m。从而表明,跨度对G_F并无明显影响。本文还介绍了G_F测试原理和刚性加载架的设计原则,并对测试结果进行了讨论和分析。     

圆环形Fresnel的声束聚焦特性

利用圆环形Fresnel阵列超声换能器可以实现声束聚焦B扫描成像。分析了圆环形Fresnel阵列产生的声场特性,包括轴上,焦平面上和全空间的聚焦声场分布,随频率变化的聚焦扫描特性,横向及纵向分辨率等。由研制压电陶瓷环形Fresnel阵列换能器进行了实验研究,其结果与理论是符合的,最后还进行了成像的初步实验。     

圆环形Fresnel阵的声束聚焦特性

利用圆环形Fresnel阵列超声换能器可以实现声束聚焦B扫描成像.分析了圆环形Fresnel阵列产生的声场特性,包括轴上,焦平面上和全空间的聚焦声场分布,随频率变化的聚焦扫描特性,横向及纵向分辨率等.由研制压电陶瓷环形Fresnel阵列换能器进行了实验研究,其结果与理论是符合的,最后还进行了成像的初步实验.     

纵振复合双足直线超声电机

为了有效提高超声电机的机械输出性能,研制了一种纵振复合双足直线超声电机.该电机由两个竖直纵振换能器和一个水平纵振换能器组成,水平纵振换能器上变幅杆末端小端面与竖直纵振换能器变幅杆大端侧面结合,且变幅杆为采用一整块硬铝合金加工而成的一体件.对电机的工作原理进行了分析,利用有限元方法对电机进行了设计与仿真,实现了电机两个基本振动模态特征频率的简并.采用多普勒激光测振仪对样机振动特性进行了测试,测试结果与有限元分析结果吻合良好.机械输出特性测试结果表明,样机最大速度为602 mm/s,最大推力达32 N.     

超声相控阵探头声场优化设计仿真

超声相控阵技术是近年来无损检测领域的研究热点.通过对超声阵列换能器中各个阵元施加独立的相位控制,可实现声束的偏转和聚焦.它可以灵活地采用多种扫描方式进行检测,检测速度快,灵敏度、分辨力与信噪比高,能检测形状复杂的物体.在相控阵超声成像检测中,要获得分辨率高的声聚焦和清晰的图像,声场的好坏是关键,而声场主要取决于阵列换能器的设计,因此阵列换能器在相控阵超声成像检测中是至关重要的.文中以线性阵列探头为研究对象,通过改变探头的参数进行仿真分析,提出优化阵列的设计方法.     

医用相控阵超声换能器的初步研究

相控阵超声换能器是相控阵扫描显像系统的主要部件之一。医用相控阵换能器,是由许多小阵元紧密排列成一个均匀线阵,用电子技术进行相控发收,实现扇形扫描的换能器件。这种超声探头与线阵扫描换能器相比,其特点是:体积小、与体表接触面小,仅为16×10mm~2。由于它能通过小的“窗孔”透视较大视野的扇形扫描面,所以适宜于对心     

利用角谱方法分析超声换换能器声场

叙述了角谱的基概念和利用角谱方法分析超声换能器声场的基本原理和具体实现，对平面活塞换能器和聚焦换能器在均匀媒体中的声场应用ＡＳＭ进行了计算。利用一磁精密三维扫描系统和针状水听器对 换能器的声场进行了实验测量，实验值与ＡＳＭ计算的结果吻合得较好。     

一种新型的智能化超声功率计

研制了一种新型的大量程智能化超声功率计,功率接收靶被设计成空心腔体形式,其自重为水的浮力所平衡,以此扩大功率计的量程;用荷重传感器测量靶面上的超声辐射太力,以此求得辐射功率,用微处理器控制数据采集与处理,以实现测量智化,理论分析及实验表明：该功能计测量超声换能器辐射面直径最大可达１３３ｍｍ,测量超声功率最大可达９９９．９Ｗ,理论分辨率为０．３Ｗ,测量超声频率最低为１２５ｋＨｚ。它适合于对中、大功率超声换能器,尤其是大口径、多元超声换能器阵列超声功率的测量。     

浮绳式网箱框架纲波浪力特性的初步试验研究

结合生产的实际需要,沿海浮绳式网箱生产的作用日益突出,因而研究其水动力特性非常重要。根据这一需要,采用预加张力的直交系泊方法,依据目前柔性浮绳式网箱尺寸和渔具模型试验方法设计、制作了一个柔性浮绳式网箱模型（1 m×1 m×1 m）,并进行了水槽试验。试验工况为规则波,周期为0.8～2.0 s（间隔0.2 s）,波高为50～250 mm（间隔40 mm）。在不同波浪周期、波高下,根据测量数据,分析研究作用在浮绳式网箱框架纲上波浪力的特性。试验结果表明：波浪力的变化与波浪特性相似,呈周期性、不对称变化,垂直于波浪方向的2根框架纲的波浪力峰值比与波浪方向平行的2根框架纲的稍小。框架纲上的波浪力不是同步变化的,存在一定相位差,但由于框架纲是柔性绳索制成的,因而能承受由于不同相位波浪力产生的扭矩剪切作用,证明了波浪作用下HDPE网箱常受到破坏而浮绳式网箱安然无恙的事实。最后,就水流和波浪共同作用下的网箱水动力学进行了试验研究,发现波流共同作用下的水动力值并不是单独在纯流和纯波下的水动力的值的简单相加,而存在一修正项。     

基于有限衍射波的合成孔径三维超声成像

现有的三维(3D)超声成像由于受到二维(2D)传感器工艺复杂和传统聚焦成像中声波传播时间的限制,成像系统帧率和分辨率都比较低.为此提出了基于有限衍射波的合成孔径成像方法,该方法使用一维(1D)传感器发射有限衍射波声场,采用合成孔径技术对整个目标区域回波信号综合处理,利用Fourier变换进行成像.计算机仿真结果表明,该方法可以用来成像.在当前成像方法中,该方法可以同时获得较高的帧率和分辨率,并且降低了对传感器的要求,具有较大的发展应用空间.     

用于地面模拟平台测试光学相机的设计

航空相机检测设备在出厂前需要更高精度相机调试,设计了一种应用于航空相机检测设备-地面模拟平台调试的相机。该相机通过使用非球面镜提高相机的图像质量并减轻整体重量,要达到相同成像效果的球面镜组需要8片透镜,使用非球面镜减轻了相机的重量和体积,设计的光学系预期统焦距为80 mm,最终光学系统的MTF优于34%@91 lp/mm。投入加工并组装相机测试,测试结果表明,非球面镜片达到制造标准,相机的分辨率、成像清晰度和焦距均符合设计要求。     

二维超声阵列换能器声束控制技术的仿真研究

超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度。二维超声换能器阵列结构岛数字声束控制技术相结合,是现代超声成像系统发展的重要方向。以二维平面矩形超声换能器阵列和二维圆环超声换能器阵列为对象,利甩仿真实验分别测试幕声束聚焦、声束激励、幅度变迹等技术对声束的控制性能。结果表明,灵活的声束控制技术组合可似有效提高二维超声换能器阵列的声束性能,突出声束主瓣,降低旁瓣与栅瓣的影响。     

超声电缆与探头的最佳匹配方法

超声波采油和管道清洗施工均需要特殊的长距离电缆．为使激励源产生的高频电能量能够有效地经电缆长距离传输到探头上,必须首先解决电缆与探头间的匹配问题．利用探头的集总参数和电缆的分布参数模型研究了电缆输入阻抗随频率和电缆长度的变化规律．在探头的谐振频率处,电缆的特征阻抗与探头的动态阻抗相等时,电缆与探头是最佳匹配;不相等时,电缆的输入阻抗或导纳均随频率变化,具有一系列的峰值．导纳的峰值对应1／2波长,阻抗的峰值对应1／4波长．用4294A阻抗分析仪测量到了这些峰值,频率越高其峰值越小．电缆接探头后,这些峰值向低频移动．考虑到大功率超声电源内阻较小,电缆与探头匹配时,应使电缆长度为1／2波长附近,导纳的极大值位于探头的谐振频率处．并联匹配电感用于抵消探头导纳的虚部．     

三分量光弹光纤加速度传感器弹性系统

为提高三维地震勘探的分辨率和精度，设计了一种新型的三分量光弹光纤加速度传感器，对加速度的敏感由光弹晶体、质量块、复合臂弹簧片构成的弹性系统实现．为消除三分量光弹光纤加速度传感器中与质量块运动方向不平行的运动的干扰，弹性系统设计为线性系统．对弹性系统的线性响应、频率特性进行了理论和实验研究．设计制作并实验了线性度良好的复合臂弹簧片，其相对非线性误差小于0．01，光弹晶体采用对加速度的变化在宽度方向获得良好线性响应的各向同性聚碳酸酯材料．以该弹性系统为基础的传感器，在0～3000Hz的频率范围可精确测量0～50m／s^2的加速度．     

超声悬浮轴承系统振幅衰减自抗扰控制

为提高超声悬浮轴承系统轴系转速的稳定性, 设计了自抗扰控制器, 即在保证系统的核心器件压电换能器工作在谐振状态的前提下, 通过对换能器输出振幅的控制, 实现超声悬浮轴承系统稳定运行的控制目标。根据压电换能器的机电等效模型以及实验参数, 利用Matlab 7.0软件仿真环境, 搭建了Simulink仿真系统, 测试了系统的阶跃响应、 抗扰动性能。仿真实验结果表明, 与PID(Proportion Integration Differentiation)控制器相比, 该自抗扰控制器具有较好的响应速度, 而且当工况发生变化时, 能很好地控制振幅的衰减, 抗干扰能力良好。     

基于白光干涉的MEMS三维表面形貌测量

利用白光干涉垂直扫描原理,设计了测量微机电系统(MEMS)表面形貌特征的垂直扫描白光干涉系统.该系统由垂直扫描位移工作台驱动被测件,通过检测被测件表面的干涉条纹变化得到表面形貌.垂直扫描位移工作台利用压电陶瓷驱动柔性铰链结构进行纳米驱动,光栅传感器监控整个垂直扫描过程,对压电陶瓷的非线性误差进行实时补偿.垂直扫描位移工作台的性能分析表明:分辨率达到1 nm,定位精度小于10 nm.同时采用图像分析技术对光学仪器测量台阶出现的噪声进行了消噪处理,试验结果表明垂直扫描白光干涉系统能够实现MEMS三维表面形貌的高精度测量.     

铁路轨道几何状态检测系统的研制

为了解决铁路轨道几何状态检测中遇到的检测基准问题,研制了一个采用无衍射激光作为检测基准的检测系统。系统采用装有CCD摄像机和倾斜传感器的检测小车沿轨道移动,在待检测位置摄取与轨道基本平行的无衍射激光图像,经图像处理获取激光图像的中心坐标,结合倾斜传感器测出的倾斜角度,计算出轨道的几何状态。介绍了检测系统的结构。详细讨论了检测原理。分析了系统误差。用波长658nm的激光器,640×480像素摄像机,光靶分辨率为0．1172mm／像素,在25m处摄取50幅图像,标准偏差横向为0．216mm,纵向为0．219mm。系统已获得工程应用,取得了满意的结果。