石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器的设计、组装及性能

针对柔性触觉传感器存在的设计难度大、抗干扰性差、不易封装以及线路布置困难等问题,基于Storakers材料模型的应变能密度函数发展了一种基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel, GA)的具有“气泡膜”结构的全柔性触觉传感器的设计方法.通过模拟分析发现,相对于“三明治”结构,“气泡膜”结构的GA柔性触觉传感器具有更好的抗干扰性.在此基础上,设计并组装了“气泡膜”结构的GA全柔性触觉传感器,通过实验证实该GA全柔性触觉传感器具有优异的传感特性、力学特性和抗干扰特性.同时,设计开发了压阻式传感阵列的信号采集系统,并成功实现了其对力的大小、物体位置和形状等信息的实时采集和传感监测.     

液固比对铁粒子形貌、结构、电导率和微波电磁特性的影响

采用球磨工艺,仅通过控制液固比λ得到不同形貌和结构的铁粒子.研究了λ对铁粒子的形貌、结构、电导率、微波电磁和吸收特性的影响规律.结果表明,随λ在0～0.25范围内增大,球磨过程中的焊合和微锻作用分别减弱和增强,导致铁粒子的高活性原子面和形状各向异性分别减小和增大.这使铁粒子的电导率在88.50～2.25 S.cm·1范围内非线性降低,而电磁参数呈规律性变化.其中,湿磨（λ=0.08～0.25）得到的片状铁粒子具有比干磨（λ=0）获得的不规则铁粒子更低的电导率、更高的介电常数、磁导率和吸波性能.这主要得益于片状结构产生的介电驰豫损耗、交换能和电导损耗的协同作用.这表明通过改变λ能有效地调控产物的结构形貌、电导率、微波电磁和吸收特性.     

天然掺杂铁氧体的电磁参数调控机制分析及其在吸波材料中的应用

对不同地质产状类型天然铁氧体的电磁参数测量结果发现, 岩浆岩型(A型)天然铁氧体的电磁参数明显区别于其他类型铁氧体, 是一种可用于微波吸收材料的天然矿物. 该矿物经选矿工艺制备后, 在8~12 GHz频率范围内, ε′ =58.60, ε″=10.0, μ′=1.2~1.5, μ″=1.0~1.2, 属于具有一定磁导率、低介电常数、高电磁损耗的磁性物质, 其粉体适合作为吸波材料的磁性吸收剂. 对A型天然铁氧体的矿物组成和化学成分的分析结果表明, 与单一磁铁矿或二元型铁矿物组成的天然铁氧体相比, A型天然铁氧体中的杂质元素和另相矿物含量明显高于其他天然铁氧体, 其中的杂质成分对电磁参数起着重要的调控作用, 这种调控作用有利于降低吸波材料的反射系数, 并提高电磁波吸收效率. 而且, A型铁氧体中的这种天然掺杂导致的结构缺陷及其对电磁参数的影响效应是人工制备的铁氧体难以实现的. 材料应用试验与吸波性能测量结果表明, 以A型天然铁氧体作为粉体填料与天然橡胶制成的吸波片材在8~12 GHz频率范围内的电磁波吸收频宽和反射系数均优于传统的羰基铁粉与橡胶制成的吸波片材, 完全可以替代羰基铁粉应用于微波吸收材料的开发, 而且具有原料丰富、制备工艺简单、成本低、吸波性能稳定的比较优势.     

基于负磁导率电磁材料的WPT效率提升研究

为提高无线电能传输(wireless power transfer, WPT)系统的传输效率,提出一种由六边形双层螺旋线圈阵列构成的蜂巢结构的负磁导率人工电磁材料(negative permeability metamaterials, NPM).通过对NPM基本单元的参数优化,将其负磁导率工作频率调节至6.78 MHz.仿真表明了该NPM的磁场再聚焦及增强特性,实验测得NPM在6.2～6.7 MHz频段处其磁导率为负.搭建了一个两线圈结构的WPT系统,验证了该NPM的传输效率提升性能及在WPT系统中的结构、位置特性.结果表明:两层结构的NPM在WPT系统的中间位置具有最优的效率提升效果,可将传输距离为30 cm的WPT系统的传输效率从1%提升到12.5%.     

桥梁结构固有频率不确定性量化的高斯过程模型方法

桥梁结构参数的不确定性必然导致其固有频率具有不确定性,量化固有频率的不确定性可为与动力特性相关的桥梁结构分析与设计工作提供更为准确的动力特性信息.均值和方差是刻画固有频率不确定性的两个非常重要的统计特性,本文旨在探讨一种可用于快速有效计算桥梁结构固有频率的均值和方差的方法.桥梁结构通常具有结构形式复杂,尺寸大等特点,传统的蒙特卡洛方法因计算花费高而使用受限.本文采用高斯过程模型取代复杂的桥梁结构有限元模型来表征不确定参数与固有频率的关系,快速有效地计算固有频率的均值和方差.该方法适用于参数服从任意概率分布的情形,其可靠性通过具有解析均值和方差的函数得到验证.最后,本文的高斯过程模型方法用来计算安庆铁路长江大桥固有频率的统计特性.     

等离子体圆柱波导的传播特性

分析了等离子体圆柱波导中存在的一般模式 .重点讨论了波导的传播特性随等离子体参数、介质参数、波导尺寸、工作频率的变化 .导出了各种模式的模方程 ,并给出了相应的近似解的解析表达式 .在极限条件下 ,导出的结果与文献所给的结果相一致 .计算的结果表明 ,这种结构波导的传播特性可以通过选择适当的等离子体参数、介质参数以及波导的尺寸来控制 .     

刚交错桁架结构的抗震性能分析

为研究新型结构体系-钢交错桁架结构在地震作用下的动力特性,首先提出一种新的计算模型--伪空间模型,在通过模态分析和Pushover分析验证了由伪空间模型研究钢交错桁架结构横向抗震性能的可行性之后,对10层、15层和20层钢交错桁架结构分别进行IDA分析,并通过分析结构的动力响应,评估其抗震性能,研究成果对分析钢交错桁架结构的动力特性具有一定意义.     

一种新型3-DOF串并混联拟人机械臂的研制

提出了一种新型3-DOF串并混联拟人机械臂及这种机械臂的基于性能图谱的概率参数设计方法, 对这种机械臂进行了运动学性能分析, 推导出这种混联机械臂的位置反解方程、速度传递平衡方程和静力传递平衡方程, 定义了速度传递性能评价指标、力传递性能评价指标及各全域性能评价指标, 绘制了各全域性能评价指标的性能图谱, 应用基于性能图谱的概率参数设计方法, 为这种机械臂选取了合理的结构参数, 同时, 考虑加工与装配工艺性, 设计了一种 3-DOF串并混联拟人机械臂, 为这种机械臂的应用奠定了基础. 这种机械臂具有运动灵活、刚度大、惯性小和工艺性好等优点, 在精密抛光、航空、造船、汽车等现代工业领域有广阔的应用前景, 这种机械臂与球面三自由度并联机构串联在一起, 可构成 6-DOF串并混联拟人机械臂.     

面向柔性制造系统的基于“自治子网”的Petri网结构化建模方法及其活性保障策略

提出了一种面向柔性制造系统的基于共享“自治子网”融合的“至底向上”的Petri网结构化建模方法, 并基于网络的结构特征: 不变结构和虹吸结构, 对所得模型的活性、保守性和可逆性进行了理论分析. 证明了所得模型的保守性, 并进一步刻画了模型活性与“虹吸”结构之间存在的等价关系. 基于这一充要条件, 通过在模型中以“自治子网”融合的方式加入特定条件的控制子网来建立一种活性保障策略, 保证模型的活性. 这种基于模型结构特性得到的结论对所得模型具有普遍意义, 从方法学上保证所得的柔性制造系统的Petri网模型的活性、保守性和可逆性等重要属性. 给出的实例展示了该方法的有效性.     

基于磁流变驱动机制的电磁先导阀的可行性研究

结合国内外电磁先导阀发展现状,设计一种基于磁流变阀驱动的高压高水基先导阀,实现对传统电磁先导阀的电液控制.根据现有的电磁先导阀结构,对其正常工况时进行力学分析,建立其动力学模型.通过MATLAB/SIMULINK仿真软件得到磁流变网电场强度与压力降的关系,为磁流变驱动机制的可行性提供了理论依据.     

热致变色LSMO 光栅结构表面的热辐射特性研究

本文旨在研究具有一维光栅结构表面的热致变色材料La_0.825Sr_0.175MnO₃(LSMO) 的热辐射光谱特性及其随结构和温度变化的规律. 首先利用K-K 关系得到LSMO 在不同温度下的介电常数, 然后利用时域有限差分方法分析计算对应不同参数的结构表面光谱发射率. 研究发现, 由于光栅结构激发的微腔谐振效应, LSMO结构表面的光谱发射率呈现出选择性增强的特征. 光谱发射率随结构参数的变化情况表明, 通过合理选择光栅的结构参数可以得到想要的辐射增强特性. 平均发射率随温度的变化表明, 相比于光滑表面的LSMO 而言, 具有光栅结构表面的LSMO 的表面发射率有了比较明显的增强, 另外热致变色特性有了明显的改善.     

粘弹性多维隔减震结构竖向振动台试验与研究

粘弹性多维隔减震装置是一种新发明的被动控制装置, 同时具有多维隔震和减震性能. 为掌握该装置在竖向地震作用下对结构的隔减震效果, 本文首先对加与未加装置的钢框架结构进行了竖向振动台对比试验, 然后对其动力特性、加速度反应和位移反应进行了比较分析, 最后将隔减震模型结构的有限元分析结果与试验结果进行了对比分析. 试验和理论研究表明该装置在竖向对结构具有良好的隔减震作用.     

自动目标检测的形态学神经网络与模拟退火学习算法

提出了一种具有实用意义的形态滤波神经网络模型及其网络参数的模拟退火优化算法. 通过分析指出, 形态滤波网络的优化设计过程实际上就是网络参数(结构元素)不断调整、逐步适应图像环境的优化学习过程, 从而将目标客体的特征规律反映到网络结构上来, 赋予结构元素特定的知识, 使形态滤波过程融入特有的智能, 以实现对复杂变化的图像具有良好的滤波性能和稳健的适应能力. 为结合运动图像目标的检测需要, 采用了渐近收缩误差、适时校正网络权值的动态跟踪学习算法. 通过实验结果可以看出, 该算法不仅能适应复杂多样的背景环境, 而且对运动目标的持续检测能力具有位移不变、伸缩不变和旋转不变的特性.     

用于光通信与互连、集成差分光电探测器的标准CMOS全差分跨阻放大器

基于标准CMOS技术,提出和研究了一种用于光通信与光互连、集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器(TIA).为实现全差分特性,提出了一种新型全差分光电探测器,其作用是将入射光信号转换成一对全差分光生电流信号,并保证电路结构和模型的全差分对称性.理论分析和仿真结果均表明:与常规的、集成光电探测器的差分跨阻放大器相比,该全差分跨阻放大器的带宽更高,灵敏度也同时被提高一倍.基于该集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器,采用特许3.3V,0.35μm标准CMOS工艺设计和制造了一种单片全差分光电集成接收机.其跨阻增益为98.75dBΩ,从1Hz至-3dB频率点间的等效输入积分噪声电流为0.334μA.该光接收机采用了单一的3.3V电源;跨阻放大器与限幅放大器的总功耗为100mW;50Ω输出缓冲器的功耗为138mW.对于850nm的入射光、-12.2dBm的峰峰光功率和231–1位伪随机二进制序列输入信号,该光接收机达到了1.1GHz的3dB带宽和1.6Gbit/s的数据率.     

基于STDP规则和忆阻桥突触的神经网络及图像处理

忆阻器是具有记忆和类突触特性的非线性电路元件.基于此特性,文中提出了一个基于STDP（spike-time-dependent plasticity）学习规则的忆阻桥突触电路,它具有可以作为人工神经网络突触的优势.根据此优势,将这个新的电路与其他电路和网络结合,构成全新的电路和网络.首先将该忆阻桥突触电路和3个附加的晶体管结合在一起,实现神经网络的突触运算,并构建完整的忆阻桥突触神经网络.然后再将它与细胞神经网络结合用于图像去噪、边缘提取、角检测和汉字识别.最后,通过一系列的仿真实验证实了该方案的可行性,说明基于STDP学习规则的忆阻桥突触神经网络更具仿生特性,而且集成度更高、模板更易更换,有望解决实时的复杂的智能问题.     

随机波浪作用下圆沉箱防波堤的动力分析模型

首次将随机波浪荷载应用于圆沉箱防波堤的动力分析, 并将其动力运动过程分为摇摆和摇摆-滑移运动两种运动模态. 引入了控制侧向滑移的阻滑板-阻尼器系统, 提出了一种新的摇摆-滑移动力分析模型, 建立了相应的运动方程. 根据圆沉箱结构的特点提出了附加质量等动力参数的计算公式以及新的地基刚度系数转换关系. 利用Fortran语言环境编写程序, 按此动力模型和方法对工程实例进行计算, 计算结果表明了本模型和方法对随机波浪荷载作用下圆沉箱防波堤动力响应的数值求解的可行性和有效性.     

定子永磁型混合励磁双凸极电机设计、分析与控制

将"混合励磁"思想引入双凸极永磁电机,提出一种定子永磁型混合励磁双凸极电机,对其进行系统深入的理论分析和实验研究.理论上,建立了电机的数学模型;提出了切实可行的该类电机的一般设计方法,建立了电机的一般功率方程,推导出电机磁场调节能力与最大速度之间关系,为电机的电励磁绕组的安匝数、永磁体用量等关键电磁参数的确定提供理论依据.将2维和3维有限元相结合,提出快速、准确的"一步法"对电机特有的定子外漏磁以及端部漏磁进行研究,并对电机电磁性能进行了分析;提出了该类电机的驱动控制策略和方案,并进行了实验研究.原理样机的实验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且表明,该电机在保留双凸极永磁电机优点的同时,能有效拓宽调速范围,在宽调速范围内具有较高的能量效率,在电动汽车等应用领域具有应用前景.     

稀疏均匀非同心电磁矢量阵列的2D-DOA与极化联合估计

本文提出了一种稀疏均匀非同心电磁矢量传感器矩形阵列,针对该阵列提出了一种二维波达方向(2D-DOA)和极化参数的联合估计算法.首先利用稀疏均匀矩形阵列的旋转不变性得到周期性模糊的2D-DOA估计,然后提出一种简易的非同心电磁矢量传感器的2D-DOA估计算法来解模糊,再通过一些三角变换得到高精度无模糊的2D-DOA和极化参数估计,最后推导了该阵列多参量估计的闭式克拉美罗界.本文所提阵列的稀疏配置使得在不增加阵元数和硬件复杂度情况下有效扩展了阵列物理孔径,且由于矢量传感器的使用获得了极化分集,使得2D-DOA的估计精度大大增加.此外本文方法能得到2D-DOA和极化参数之间的自动配对,更为重要的是该阵列使用非同心电磁矢量传感器构成,解决了同心电磁矢量传感器互耦严重、硬件设计困难的问题.仿真结果证明了本文多参量估计算法的有效性.     

非下采样Contourlet HMT模型

非下采样Contourlet变换（NSCT）不仅具有类似传统小波变换和Contourlet变换的多尺度和多方向特性,而且还具有良好的平移不变特性．文中对NSCT变换系数进行研究,获得NSCT变换的方向子带系数同样具有持续性和聚集性的结论;在此基础上结合隐Markov树模型,建立了一种新的基于NSCT域的隐Markov树模型NSCT—HMT,并且给出了该模型的参数结构以及模型参数的训练方法;最后将所提出的模型应用于图像去噪中取得了很好的仿真效果．     

基于忆阻器实现多样化STDP学习规则的突触电路设计

忆阻器作为一种具有记忆效应的非线性电路元件,它受到电流刺激后的电导变化与人脑中神经突触的权重变化类似,可用于模拟人脑学习、记忆过程中的突触行为.本文提出了一种基于忆阻器所搭建的突触电路,包含了由运放、逻辑门、模拟开关等器件构成的增强模块和抑制模块,以及由忆阻器和模拟开关构成的忆阻突触模块.通过对增强和抑制模块输入直流脉...