弯曲摆动作用下MFC输出开路电压幅值的研究

为了对基于柔性压电材料的流致振动俘能装置的设计优化提供技术支持,对一种压电纤维复合材料（MFC）的压电纤维片在弯曲摆动作用下的压电特性展开研究。首先理论分析了MFC压电纤维片的压电输出机理,并建立了压电模型,得出影响MFC压电纤维片输出开路电压幅值大小的各种因素;然后设计搭建了一种基于步进电机的MFC压电纤维片往复弯曲摆动试验台,利用该试验台研究了MFC压电纤维片在不同弯曲角度、弯曲摆动速度、基板、表面积等因素下的压电特性。研究结果表明,MFC压电纤维片的输出开路电压幅值随纤维片弯曲角度的增加而增大,当输出电压幅值达到最大值,继续增加弯曲角度,输出开路电压幅值不会产生明显变化;其输出开路电压幅值随压电片表面积的增加而变大;弯曲摆动速度及基板对输出开路电压幅值影响较小。     

基于虚拟仪器的直流电机转速测控实验系统研制

为适应测控技术发展和研究基于虚拟仪器的现代集成测控装置的需要,开发了直流电机转速控制实验系统.该系统硬件主要由虚拟仪器NI ELVIS设备、有刷直流电机及光电传感器等构成;选择NI-6251数据采集卡的模拟输出口AO0和定时/计数口CTRO作为设计系统的电机控制电压输出口和转速测量的输入口;利用LabVIEW编制模拟信号输出程序、转速测量程序、控制算法程序;实验系统转速设定运行范围为1 000～10 000 r/m,控制精度达到0.1%.该实验系统在实验教学中取得了良好的效果.     

多路压电陶瓷驱动器电压实时监测系统设计

为了满足自适应光学系统中多路压电陶瓷高压驱动器输出电压实时监测、显示的需要,提出了基于高速单片机C8051F120的电压测量、显示和通讯系统设计方案。利用20路电压测量模块实现电压采集,通过ModBus RTU通讯协议对采集到的电压数据进行接收、处理和LCD液晶显示。详细介绍了液晶显示接口的硬件设计方案,电压测量模块与单片机的通信以及软件设计方法,通过实验验证了此液晶模块实时监测显示系统的良好效果。     

基于Si弹性层优化的悬臂梁式微压电驱动器

基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了悬臂梁式微压电驱动器,通过电能到机械能的转换,完成装置的位移输出任务。基于悬臂梁式微压电驱动器的设计和仿真,得出该微驱动器Si弹性层的最佳厚度为0.12 mm,仿真结果显示压电层与弹性层厚度比为2~3时,尖端位移输出较大,并模拟了其电压-位移输出情况。采用共晶键合的工艺制备了以PZT-5H为压电层、Au为电极层和Si为弹性层基板并带有Si质量块的微压电驱动器,搭建了直观的激光反射装置作为实验测量系统,测量出在100 V电压条件下,该驱动器的最大输出位移为60μm,最大偏转角为1.948°,在0~100 V初始阶段仿真结果与实验结果具有较高的吻合度,平均相对误差为0.3095。     

斐索干涉仪中压电陶瓷的非线性校正

相移器是斐索干涉仪的核心部件,其关键为压电陶瓷(PZT)致动器,而其迟滞非线性特性严重影响了相移精度,对光学元件的形貌检测造成不利影响。该文首先设计了PZT的控制系统,利用National Instruments（NI）动态数据采集设备（PCIe 6321）、LabVIEW系统及电压放大器组成电压驱动系统产生驱动信号,利用电阻式应变仪、惠斯通电桥作为位移传感器采集位移;其次,提出了一种多项式模型及基于PZT传递函数的前馈开环校正算法对PZT进行建模及校正;最后,在实验系统上对该算法进行了验证。实验结果表明,校正后,相移器的相移误差可被改善,校正前、后位移差小于10%。该系统可有效校正非线性,从而降低非线性相移对测量结果的影响,满足检测光学元件面形的高精度要求。     

负载刚度对压电元件输出特性影响的研究

压电元件在驱动微操作系统时,其输出位移要小于空载状态下的输出位移,针对众多引起压电元件输出位移减小的原因,重点分析了压电陶瓷输出位移与负载刚度之间的关系,并进行了压电陶瓷驱动弹性负载的实验。实验结果表明,压电元件的输出位移随着负载刚度的增加而减少。此结果为设计微操作系统时选用压电元件提供了理论依据。     

MFC在水中摆动时输出开路电压幅值研究

利用柔性压电材料从流体的流动中获取能量已成为一个研究热点。该文研究了一种压电纤维复合材料(MFC)在水中摆动激励下的压电特性,建立了MFC压电纤维片在水中摆动激励下的数学模型,并结合MFC压电纤维片的压电输出机理得出影响MFC压电纤维片输出开路电压幅值大小的因素。最后设计搭建了MFC压电纤维片在水中摆动的试验台,利用该试验台验证了模型的正确性,并研究了MFC压电纤维片在不同摆动频率下的压电特性。结果表明,在摆角幅值为10°,摆动频率为1.75 Hz时,MFC的输出开路电压幅值取得最大值(600 mV),继续增大摆动频率,输出开路电压幅值逐渐减小。     

串联型稳压电路的虚拟测试研究

利用NI Multisim 12.0仿真软件对串联型稳压电路的稳压系数和输出电阻等参数进行测试分析,在输入电压不变时,调节电位器测试输出电压的变化范围;在输入电压变化时,计算稳压系数来判断稳压电路的稳压性能。同时通过外接可调电阻的变化,测试输出电压和输出电流的变化值,进而计算输出电阻的大小,发现虚拟测试结果与理论计算结果相吻合。仿真结果表明,将电子电路NI Multisim 12.0仿真软件引入到电子教学中,能丰富学生分析和设计电子电路的手段,有利于学生创新意识的培养和竞争能力的提升。     

基于复合球形颗粒链的冲击能量收集新方法

提出并系统研究了一种基于复合球形颗粒链的新型压电俘能器,从俘能机理、系统搭建和性能优化等方面进行了探究,并建立了完善的孤立波压电俘能理论模型。采用四阶龙格库塔法求解各颗粒的运动微分方程,将计算得到的位移运用赫兹接触定律转化为各颗粒间的动接触力,并引入压电方程计算压电元件的开路电压。再在Simulink仿真软件中建立俘能电路模型,将开路电压转化为储能电容的电压值。在理论分析基础上,搭建了两种球形颗粒链式压电俘能器,并进行了典型信号的采集实验。结果表明,复合式颗粒链具有独特的“能量陷阱”现象,与理论计算结果一致。通过分析总结颗粒链结构、激振力幅值及压电元件厚度与数量等参数对俘能效率的影响规律,为基于复合球型颗粒链的新型压电俘能器优化设计奠定了基础。     

差分霍尔效应加速度测量方法及其线性实验模拟

对磁场中对称结构的霍尔元件的输出特性进行研究,提出一种差分霍尔效应加速度测量方法。基于线性霍尔元件和圆柱形永磁体设计加速度测量模型,两个霍尔元件与磁体构成对称互补结构,以差分方式输出信号电压。建立加速度与输出电压的线性关系,实现以非接触的方式测量加速度。模型的对称互补式设计,减小了非线性因素对测量的影响,改善了输出线性度。差分式电压输出,能够抑制共模干扰和零点漂移,并提高了信号幅度。对模型进行线性模拟实验,实验结果符合理论结论。数据分析显示,测量方法具有较高灵敏度和线性度。     

光纤电压互感器信号采集与通信接口设计

以N17813R智能数据采集卡为核心,硬件上利用信号调理电路板、数据采集卡、计算机构建光纤电压互感器信号采集系统;软件上以LabVIEW作为编程工具,分别在FPGA和主机上设计FPGA VI和HOSTVI,在FPGA上对信号进行解调处理,在计算机上对采集数据进行实时显示与记录.为了满足数字化变电站网络化的需求,采集系统采用以太网接口输出,因此对以太网输出的硬件和软件设计进行了全面的论述,并在最后给出仿真结果.     

基于LabVIEW的发动机油耗测试系统设计

基于虚拟仪器技术在原有发动机实验测控台架上设计了一种发动机油耗测试系统。系统主要由便携式计算机、NI USB9219多功能数据采集卡、信号调理模块、油耗传感器、油箱、各路油管等组成。油耗传感器输出的信号直接输入到数据采集卡和便携式计算机中,通过图形化语言LabVIEW的编程,用户界面直观地显示在显示器上,并可方便调试,获取实验数据。     

Design and Development of Thermistor based Power Meter at 140 GHz Frequency Band

Design and development of thermistor based power meter at 140 gigahertz (GHz) frequency band have been presented. Power meter comprises power sensor, amplifier circuit and dialog based graphical user interface in visual C++ for the average power measurement. The output power level of a component or system is very critical design factor. Thus there was a need of a power meter for the development of millimeter wave components at 140 GHz frequency band. Power sensor has been designed and developed using NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistors. The design aims at developing a direct, simple and inexpensive power meter that can be used to measure absolute power at 140 GHz frequency band. Due to absorption of 140 GHz frequencies, resistance of thermistor changes to a new value. This change in resistance of thermistor can be converted to a dc voltage change and amplified voltage change can be fed to computer through data acquisition card. Dialog based graphical user interface (GUI) has been developed in visual C++ language for average power measurement in dBm. WR6 standard rectangular waveguide is the input port for the sensor of power meter. Temperature compensation has been achieved. Moderate sensor return loss greater than 20 dB has been found over the frequency range 110 to 170 GHz. The response time of the power sensor is 10 second. Average power accuracy is better than ±0.25 dB within the power range from −10 to 10 dBm at 140 GHz frequency band.     

An 80-V integrated boost converter for piezoelectric actuators in smartphones

A boost converter for piezoelectric actuator driving system in haptic smartphones is proposed and implemented using a 0.35 μm BCDMOS process. The designed boost converter generates extremely high output voltage from a low-voltage battery supply. The boost converter provides stable power for the piezoelectric actuator with the peak-current control technique. The minimum variation of the output ripple variation can be achieved by the designed current-sensing and peak-current control circuits. The supply voltage of the boost converter is 2.7–4.2 V and the maximum output voltage is up to 80 V. The complete piezoelectric actuator driving system consists of a serial interface, SRAM, and signal-shaping logic as well as the boost converter. It also includes the resistor-string digital-to-analog converter and high voltage piezoelectric actuator driver (PZ driver). The fabricated chip size is 2,100 × 2,200 μm, including bonding pads.     

用FPGA实现二维压电扫描镜的磁滞补偿

针对二维压电扫描镜中压电陶瓷的磁滞效应,根据Madelung规则和汝长海等的理论建立模型,采用精确计算目标偏转后位置对应的输出电压方法,补偿磁滞带来的扫描角度非线性问题。首先测得主磁滞环的电压-位移曲线,存入FLASH中构造磁滞对应表;然后,利用现场可编程门阵列(FPGA)具有的强大时序处理能力和高速运算能力精确地进行算法处理,补偿压电陶瓷的磁滞效应;最后,通过D/A模块输出结果,配合外围电压放大电路控制扫描镜的精确偏转。测试平台主要由He-Ne激光器、扫描镜、位置敏感探测器(PSD)和NI数据采集卡等搭建而成,用LabVIEW编写测试程序,可以直接测量扫描镜的偏转角度信息。校正前压电扫描镜偏转角度的最大误差为2.5mrad,开环补偿算法校正后成功地将偏转误差控制在0.3mrad内,磁滞效应的校正取得了理想的效果。     

基于数据采集卡的直流调速系统实验

数字控制调速系统因其控制器开发周期短并具有开放性的特点,越来越多的应用到本科实验教学中。作者开发了基于数据采集卡的直流调速系统实验,无需对传统模拟实验设备改造,利用数据采集卡NI USB-6008将转速和电流信号传输给上位机,上位机输出移相控制电压控制电机驱动电路,实现上位机与实际硬件系统的数据通信及控制。控制程序在MATLAB/Simulink环境下编写,形成可视化控制界面,方便修改程序和控制器参数。本文阐述了实验系统的整体方案设计,给出了完整的控制程序框图。通过实验结果验证了该实验系统控制策略的有效性和可行性。     

差动变压器零残电压产生的原因及其补偿方法

介绍了差动变压器式传感器的结构和输出特性,详细分析了其零残电压产生的原因,以及对测量系统非线性和灵敏度的影响。介绍了一种补偿电路,同时进行了实验。结果表明,经过补偿,零残电压从65.6mV减小为15.6mV,系统灵敏度由1360.39×10–3V/mm提高到1386.69×10–3V/mm,非线性误差由2.04%减小为0.49%。表明给出的补偿电路简单有效,起到了很好的补偿作用。     

新型量子光电探测器读出与显示

对一种响应近红外的新型量子光电探测器特性进行测试和分析,给出了2×8探测器阵列和读出电路的对接测试结果,设计初步的成像系统采集显示焦平面输出。探测器有一个-0.8V的阈值电压,偏压大于阈值电压后器件响应率远大于1A/W,且响应率随光照功率增大减小。2×8探测器阵列与设计的读出电路通过Si基板对接后在77K条件测试,读出电路的线性度好于99.5%,信噪比达到67dB,探测器偏压为-1.5V,积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W,达到实际应用的要求。设计了数据采集卡和成像系统验证了对接样品的实用性。