2019, 41(2). DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.034
摘要:
2019, 41(2). DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.035
摘要:
2019, 41(2). DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.036
摘要:
2019, 41(2):165-169. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.001
摘要:针对电调滤波器失谐和控制精度问题,该文提出了一种保持恒定带宽的耦合机构设计方法,论述了应用三维电磁场仿真软件HFSS协同仿真的过程,分析了运动执行机构软硬件的关键技术,设计了一个C波段、大功率(400 W) 的电调滤波器。仿真和实测结果表明,在整个调谐频段内该滤波器的带宽恒定,驻波、抑制度和插入损耗等指标稳定良好。
2019, 41(2):170-172. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.002
摘要:采用中频磁控溅射法,在硅基上制备了X波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器用AlN压电薄膜。对AlN薄膜进行了分析表征,结果表明,AlN压电薄膜具有良好的(002)面择优取向,摇摆曲线半峰宽为2.21°,膜厚均匀性优于0.5%,薄膜应力为-5.02 MPa,应力可在张应力和压应力间进行调节。将该AlN薄膜制备工艺应用于FBAR器件的制作,研制出X波段FBAR器件,谐振频率为9.09 GHz,插入损耗为-0.38 dB。
2019, 41(2):173-176. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.003
摘要:提出了一种双频陷波可调谐超宽带天线。此天线基于圆形贴片天线,通过在接地板上刻蚀“工”字型缝隙改善了超宽带特性;随后,通过在辐射单元表面刻蚀“C”字型缝隙,实现了超宽带天线的双陷波特性。为了满足实际通信需求,又在“C”字型缝隙上引入可变电容技术得到双频陷波的可调谐特性。最后搭建了天线测试平台。实验测试结果与仿真结果相符,且此天线具有良好的全向辐射特性。
2019, 41(2):177-180. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.004
摘要:为了提高滤波器的带外噪声抑制,并兼顾小型化,提出了一种新型超宽带滤波器设计。首先,利用分路电磁耦合结构在通带两侧实现了2个传输零点,通过调节中间金属片与螺旋缺陷地可实现对2个零点的单独调节,由此实现了高带外抑制,且有利于滤波器的小型化;然后,利用基片集成波导与周期性缺陷地结构,在进一步提高频率选择性的同时,实现了较好的阻带性能;最后,设计并加工了一款工作频率为8.1 GHz、带宽为67%的滤波器。结果表明,仿真与测试结果吻合良好,证明了该设计方法的可靠性。
2019, 41(2):181-184. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.005
摘要:为有效减小X波段滤波器的尺寸,减小通带损耗,对基片集成同轴线(SICL)结构进行了研究,提出一种阶跃阻抗(SIR)型SICL带通滤波器,并针对SICL谐振腔与其他平面电路的连接设计了一种由共面波导(CPW)向SICL谐振腔提供激励的平面结构,以便滤波器的测量。仿真结果表明,滤波器通带特性优异,其中心频率为10 GHz,带宽为1.5 GHz,尺寸为13 mm×7 mm,插入损耗为-0.8 dB。
2019, 41(2):185-187. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.006
摘要:铝酸钇镥(LuYAP)∶Ce晶体具有衰减时间短,密度大,光产额高及不潮解等优点。采用该晶体制作的闪烁晶体阵列,能快速获得皮秒级正电子湮灭的精确信息。该文报道了一种LuYAP∶Ce闪烁晶体阵列的制作方法,将提拉法制备的LuYAP∶Ce晶体经切割并运用化学机械抛光法处理后,最终利用填充材料制作了晶体阵列。在X线光机上开展了阵列的发光均匀性测试,测得发光不均匀性为14.8%。结果表明,LuYAP∶Ce晶体满足使用要求。
2019, 41(2):188-191. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.007
摘要:该文介绍了一种用于高功率激光器的石英声光开关。该声光开关采用石英晶体作声光介质,铌酸锂晶体作换能器材料,工作波长为1 064 nm,工作频率为68 MHz,光孔径为Symbol 4 mm,通过优化设计声光互作用长度,使1级光衍射效率可达95%。该文还测量分析了衍射光的光束质量因子M2,通过优选晶体材料,提高抛光质量,合理设计散热结构等措施,使衍射光较好地保持了入射光的光束模式。
2019, 41(2):192-194. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.008
摘要:该文介绍了常用的几种泵浦耦合技术。利用增益/泵浦一体化光纤(GTWave)侧面泵浦耦合技术,采用制备的25/250 GTWave光纤搭建了重复频率10 kHz、平均功率24.59 W、单脉冲能量高达2.459 mJ及峰值功率10 kW的脉冲光纤激光器。并分析了采用该光纤进一步提高输出单脉冲能量的方法。结果表明,该光纤能够实现很高的单脉冲能量输出。
2019, 41(2):195-198. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.009
摘要:设计了一种基于螺旋箝位原理的尺蠖式压电直线作动器,它可实现大推力、大行程双向作动。阐述了螺旋箝位运动原理,进行作动器的结构设计。通过ANSYS有限元仿真分析了箝位力对端面的影响,并对力矩电机主轴进行强度校核,分析了计算力矩电机转速与压电叠堆驱动频率的匹配关系。最后,搭建实验测试系统,结果表明,该作动器在叠堆驱动电压150 V,频率为100 Hz,电机转速为150 r/min时,获得最大推力为190 N,行程可达60 mm。
2019, 41(2):199-202. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.010
摘要:该文在深入分析超声电机运行机理的基础上,从定子、接触区域和转子3方面建立了超声电机等效电路模型。综合现有超声电机等效电路模型的优缺点,考虑摩擦耦合对超声电机的影响、结合转子振动方程,提出了摩擦层与转子的等效电路模型;并对转子侧等效模型进行优化,使其与定子模型结合成完整的电机模型;基于所建立的模型理论,对等效电路进行仿真,仿真结果表明了转子对整个电机电气特征的影响。通过对实际超声电机的测试及其与仿真波形的对比,验证了所提出的行波型超声波电机等效电路模型的正确性,为进一步开展超声电机驱动器和控制器的设计提供了模型基础。
2019, 41(2):203-206. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.011
摘要:针对某些飞行器舵机控制系统需要旋转型超声电机具有中空结构、转子与负载结构融合以及具备一定的保持力矩等特定工程技术需求,该文提出了一种圆筒型转子与舵翼结构一体设计(外圈输出)的中空型超声电机,开展了该型电机的结构及预压力施加方案的设计和试验研究。建立了电机定子的有限元模型,分析了不同结构尺寸对定子模态的影响,进行了结构尺寸的灵敏度分析,优化了定子的结构,计算出其共振频率、振动幅值。最后试制出了原理样机,实验表明,在激励电压为450 V,激励频率为40.2 kHz时,样机的空载转速可达208 r/min,堵转力矩可达0.35 N·m。
2019, 41(2):207-209. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.012
摘要:该文介绍了一种具有陀螺寻北定向功能的车载双轴伺服系统,简述了平台伺服结构组成和陀螺定向方案。该文从双轴伺服结构模型入手,利用ANSYS有限元分析仿真得到优化的整体U型框架结构形式。试验结果表明,该平台的机械轴系误差分配方法正确,设计的伺服平台满足系统精度和车载环境的需要。
2019, 41(2):210-212. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.013
摘要:超磁致伸缩执行器(GMA)具有驱动结构简单,响应快,输出力大等特点,在高性能电能机械能与电能液压能能量转换领域中具有广泛应用。该文分析了影响GMA位移输出的各个因素,首先介绍了GMA的工作原理及结构,随后对GMA进行电磁场仿真,比较不同线圈长度对GMA内部磁场强度分布的影响。最后搭建实验平台,分析了不同骨架材料、材料的不同处理方式及不同的预压力对GMA输出性能的影响。该文为设计高性能GMA提供参考准则,并总结出不同条件下GMA输出性能的优劣,为提高GMA性能及其结构优化提供可靠方案。
2019, 41(2):213-216. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.014
摘要:随着物联网传感器网络的快速发展,微弱能量收集电路因其诸多优越性而备受关注。该文设计了一种基于压电能量收集技术的电路,其通过收集环境中的低频机械振动能量,经压电陶瓷(PZT)换能器产生交流电压,再经四倍压电路放大,并通过LTC35881电源管理电路整流变换,最终产生一个可供低功耗传感器工作的可切换的标准电压。实验结果表明,该电路可有效支持低功耗传感器正常工作。
2019, 41(2):217-220. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.015
摘要:压电变形镜具有频率响应高,变形量大,稳定性好等优点,已广泛应用于自适应光学领域,但因在电压驱动方式下压电材料迟滞特性较大,使压电变形镜的精确控制难。为降低压电变形镜的迟滞影响,设计了一种基于电荷驱动的多通道压电变形镜驱动电源,介绍了驱动电源的构成及原理,并搭建了一套基于夏克哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台来验证驱动电源的性能。实验结果表明,该驱动电源可有效降低压电变形镜的迟滞效应,整体迟滞约1%,镜面变形的分辨率均方根误差(RMS)值约1.1 nm,能够满足在自适应光学领域对多通道压电变形镜精确控制的要求。
2019, 41(2):221-224. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.016
摘要:提出了一种基于微机电系统(MEMS)惯性传感器组合系统的高精度实时人体行为识别算法。算法选取一个2 s的滑动时间窗作为特征提取窗口,提取惯性传感器组合系统输出的时域特征作为特征参量,采用基于平衡决策树的支持向量机对人体不同行为模式进行分类识别。通过在实验室自主研发的可穿戴智能终端平台上进行测试,结果表明,在识别时间缩短到2 s/次的条件下,对5种行走类行为模式和5种非行走类行为模式的识别率均可达88%。与现有算法相比,该算法的实时性和精度得到明显提高,且拓展了模式识别的种类。
2019, 41(2):225-228. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.017
摘要:设计一种频率为40 kHz的指数复合型低频压电雾化喷头,建立有限元模型并通过喷头模型的模态分析和谐响应分析来测定喷头模型的振动形态、谐振频率和雾化振幅。模态在八阶时喷头为纯拉伸状态,谐振频率为39 550 Hz,在设定电压为26 V时,仿真得到雾化振幅为3.9 μm。采用德国Polytec高性能单点式激光测振仪测得喷头样机的振动幅值为3.94~4.32 μm,误差小于10%, 符合设计的要求。采用马尔文Spraytec型激光粒度仪对样机雾滴均匀性进行测量,当驱动电压为26 V时,喷头雾化产生的雾滴直径Symbol(30~95)μm,占比超过85%,结果表明,该喷头雾化液滴分布较均匀。
2019, 41(2):229-233. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.018
摘要:为使装配与调节过程易于实现,基于结构一体化思想来设计压电尺蠖直线电机。首先,采用三角放大结构对箝位机构进行了设计,并采用柔性薄板和柔性折叠梁对驱动机构进行了设计,所设计电机的箝位机构与驱动机构被集成为一体,可降低对机体加工与装配的精度要求;其次,采用有限元方法对电机的位移放大倍数、应力与模态进行了分析;最后,对电机的静、动态特性分别进行了测试。结果表明,电机位移具有良好的线性,最大单步位移为8.24 μm,电机的分辨率为10 nm,最大运动速度为0.17 mm/s。
2019, 41(2):234-240. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.019
摘要:考虑压电纤维复合材料(MFC)压电陶瓷纤维层和指间交叉电极设计,假定压电陶瓷纤维极化方向相同,设置递进的电压边界条件,建立MFC均匀压电层等效有限元模型,借助ANSYSAPDL软件进行结构压电耦合场仿真,模拟其工作的真实变形;同时进行自由应变和阻滞力的数值测试,数值上验证了有限元模型,修正纤维纵向压电应变常数d33。对含有MFC驱动器的铝合金悬臂梁进行数值和试验研究,验证了该模型的准确性。与细观尺度上的MFC有限元模型相比,该有限元模型节约了计算成本,可应用于实际工程中。结果表明,MFC激励法用于振动特性分析时,操作简单,重复性好,信噪比高。
2019, 41(2):241-248. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.020
摘要:该文研究了微下拉法晶体生长炉晶体生长的稳定性。根据微下拉法晶体生长特点,设计了2种微下拉法晶体生长的功率自动控制方法,通过控制弯月面高度和生长晶体质量,实现晶体生长自动控制,保证生长过程稳定,实验结果表明,采用自动控制方式,可以生长出外形美观,内部质量好的纤维晶体。
2019, 41(2):244-248. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.021
摘要:为提高压电微夹钳的操作精度,对其迟滞及蠕变误差进行补偿。基于压电材料迟滞曲线的非对称性,为提高微夹钳迟滞模型的精度,采用升回程分别建模的方法,建立了微夹钳的PrandtlIshlinskii(PI)迟滞模型,对迟滞误差进行了补偿;在综合考虑模型简单且具有较高精度的前提下,采用二阶惯性环节建立了微夹钳的蠕变模型,设计出无需求蠕变逆模型的补偿器,对蠕变误差进行了补偿;实验结果表明,在最大位移为120 μm时,钳指位移的迟滞误差由补偿前的-11.8~10.7 μm减小为-1.7~1.0 μm。在900 s作用时间内,钳指位移的蠕变由补偿前的4 μm几乎减小为0。
2019, 41(2):249-253. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.022
摘要:以六水硝酸锌和九水硝酸铝分别作锌源和掺杂剂,使用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法合成纳米ZnO∶Al。采用X线衍射(XRD)分析、透射电子显微(TEM)分析、X线光电子能谱(XPS)分析、光致发光光谱(PL)分析等方法对纳米ZnO∶Al进行表征。实验结果表明,Sol-Gel法合成纳米ZnO∶Al颗粒为六方纤锌矿型结构,当前驱体摩尔浓度为0.25 mol/L、热处理450 ℃和掺杂Al摩尔分数为3 %时,样品的结晶性良好;XPS也证实Al3+掺杂进入到ZnO晶体中;样品呈类球形,颗粒大小随前驱体浓度的增大而减小;对应的室温PL光谱上近紫外发射峰和弱蓝光缺陷峰强度都随浓度的增大而减小。
2019, 41(2):254-257. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.023
摘要:针对电热式雾化电子烟存在核心专利受制于国外技术垄断、快速高热引发潜在安全健康风险、烟油接触雾化易烧结粘附等问题,该文基于声表面波(SAW)声流耦合效应,提出了一种新型的电子烟雾化方法,搭建了雾化系统实验平台,并采用成品烟油进行了雾化特性测试与分析。结果表明,系统能实现烟油非接触雾化,连续稳定地产生粒径小而分布均匀的气溶胶,且雾化速度快,功耗低,发热量小。研究验证了SAW雾化技术在电子烟中应用的可行性,是电子烟未来发展的一个新方向。
2019, 41(2):258-264. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.024
摘要:提出一种双压电叠堆驱动执行器设计方案,即执行器由2根不同尺寸的压电叠堆驱动,中间由套筒连接。为描述执行器在不同频率下的迟滞特性,利用准静态下的非对称Maxwell模型、系统动力学方程及一阶惯性环节等建立数学模型,并进行参数辨识、模型仿真与实验研究。仿真与实验结果表明,在140 V、600 Hz激励电压信号同时驱动2个长度不超过20 mm压电叠堆时,输出位移可达37.1 μm,相较于140 V、1 Hz时的位移仅衰减71%,与其他执行器位移放大机构相比,具有较好的高频性能。所建立的执行器率相关迟滞模型在600 Hz内幅值最大误差不超过1.71 μm,均方根误差最大为1.34 μm,可较准确描述执行器位移输出特性,为执行器高精度控制提供了基础。
2019, 41(2):265-268. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.025
摘要:针对超磁致伸缩直驱式高速开关阀阀芯位移小的问题,设计了一种活塞薄片式的液压放大器,利用“钱氏法”和“S.Way解”建立了薄片大挠度变形模型;考虑油液有效体积弹性模量的影响,建立了液压放大器位移的输入输出模型。仿真与实验结果表明,当液压放大器输入位移为0~51.1 μm时,输出位移为0~470 μm,放大倍数大于9倍,频响在150 Hz左右。
2019, 41(2):269-274. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.026
摘要:推出口齿形定子驱动的压电平面电机,选定子的面外弯振、面内横齿弯振、面内纵齿弯振作为工作模态,利用面外弯振分别与面内纵齿弯振、面内横齿弯振的振动耦合,分别在纵、横齿驱动足上生成沿xOz、yOz面行进的椭圆轨迹,以推动动子沿x、y向移动,阐明了电机的运动原理。基于频率一致性目标优化了定子尺寸,并厘定电机最适驱动频率为30 800 Hz。建立了定子机电耦合分析模型,计算出了定子的瑞利阻尼,模拟出驱动足的椭圆轨迹,仿真得到在250 V电压激励时驱动足的x、y、z向振幅分别为2.1 μm、2.6 μm和2.0 μm。探析了驱动电压、频率、相位差对电机振幅的影响。
2019, 41(2):275-284. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.027
摘要:由于Ca3Co4O9具有良好的化学稳定性及廉价、无毒等优点,已成为氧化物热电材料研究的热点。但其合成难,致密度低,转换效率低等严重阻碍了Ca3Co4O9的实际应用。该文从合成方法、改性手段及烧结工艺等3方面,归纳和分析了层状结构Ca3Co4O9的研究进展,并对Ca3Co4O9今后的研究发展提出一些建议。
2019, 41(2):285-289. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.028
摘要:超级航姿系统因受外界干扰而使加速度计输出稳定性发生变化时,传统航姿算法易引起载体机动状态误判,且易导致滤波器振荡甚至发散,因此,该文提出了一种基于模糊推理系统的变阈值载体机动判据自适应Kalman滤波算法。该算法能根据加速度计输出稳定性的变化,自适应地调节载体机动判据及滤波器的量测噪声阵,从而降低载体机动状态的误判率,并提高滤波器对量测信息的利用程度。仿真实验表明,当加表稳定性发生变化时,该算法仍能较好地判断出载体的机动状态,并对量测噪声阵作出相应调整,使超级航姿系统的长航时姿态精度和滤波稳定性得到提高。
2019, 41(2):290-294. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.029
摘要:以厚4 mm的铝板作为研究对象,研究了兰姆(Lamb)波在铝板中的传播问题。该文结合椭圆法的损伤定位原理和ABAQUS仿真软件对Lamb波在铝板中的传播方式进行研究。通过设置观测点并采集该点Lamb波的信号,计算出健康铝板与损伤铝板的差信号,且结合Lamb波的频散特性计算出Lamb波的传播距离,从而定位缺陷位置。研究表明了基于椭圆法的铝板损伤识别的有限元模拟的准确性与可行性。
2019, 41(2):295-300. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.030
摘要:电活性聚合物(EAP)作为一种新型电活性软体功能材料,具有多种优点,用于能量收集具有巨大的应用潜力。该文从宏观和微观两个层面阐述了介电材料用于能量收集的机电转化原理,以EAP换能单元为例,说明了EAP换能单元怎样将机械能转化为电能,并阐述了介电弹性体发电机理,为后面EAP换能单元的发电提供理论依据。以其他学者研究得到影响EAP换能单元发电量的因素为基础,通过正交试验,得到EAP换能单元发电特性和最佳工作条件,并对试验的可靠性进行了分析。实验结果表明,各因素对EAP材料发电的影响大小顺序为:EAP膜面积>拉伸位移>预加电压>预拉伸率>EAP膜厚度。换能单元最佳工作条件为预加电压1 000 V,预拉伸率400%,拉伸位移4 cm,膜面积62.41 cm2,EAP膜厚度1 mm。
2019, 41(2):301-310. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.031
摘要:煤矿井下综采设备工作时会产生较大振动,利用压电振动能量收集系统实现煤矿综采设备无线监测节点自供电,有望解决传统化学电池使用寿命有限,更换困难,污染环境等问题。传统线性能量收集装置的谐振频率难以满足外界振动复杂多变的要求,导致俘能效率低下。如何提高压电振动系统俘能效率是一个亟待解决的问题。多方向是提高复杂振动环境压电俘能效率的有效途径。该文从击打式和悬臂梁式两种能量转换方式总结分析国内外学者在多方向振动能量收集方面的研究,从阵列式、自调谐、非线性、频率泵浦、弹性放大器等方面分析多方向振动能量收集系统的效率提升技术;最后,从采用新型压电材料提升俘能效率、考虑非线性和多场耦合动力学优化俘能结构、工程应用研究等方面对多方向压电能量收集技术进行了展望。
2019, 41(2):311-317. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.032
摘要:为解决目标跟踪中因系统滤波初值不准确和噪声统计特性未知引起标准非线性卡尔曼算法估计误差变大问题,该文提出一种基于残差的模糊自适应(RTSFA)非线性目标跟踪算法。在确定采样型滤波基本框架的基础上,给出了在线性化误差约束条件下高斯权值的积分一般形式,并利用李雅普诺夫第二方法证明了该算法估计误差有界收敛的充分条件。进一步构建自适应噪声协方差矩阵在线估计噪声特性,并引入TakagiSugeno模型和量测椭球界限规则选择噪声估计器调节因子,有效提高了算法的收敛速度和滤波精度。通过滤波初值信息不明和量测噪声时变的纯方位目标跟踪模型,验证了非线性目标跟踪算法具有更好的跟踪精度和更强的鲁棒性。
2019, 41(2):318-322. DOI: 10.11977/j.issn.1004-2474.2019.02.033
摘要:“透明海洋”开发需要为远洋检测传感器提供可持续电源,基于压电效应的振荡水柱发电原理是采集波能驱动压电功能材料形变实现能量转换,系统结构简单,稳定性好。基于线性波浪理论,建立振荡水柱(OWC)二维数值波浪水槽。流体动力学(CFD)分析结果表明,造波稳定,波浪在气室内形成的空气压强在时域上呈现一定周期性,经数据处理拟合为正弦曲线。应用ANSYS软件系统的参数化设计语言(APDL)功能开发空气驱动压电材料形变输出能量的仿真模型,分析产生电压变化特性。