基于等厚干涉原理的液体折射率测量方法

将空气劈尖的等厚干涉原理与CCD图像处理技术相结合,提出了一种对透明液体折射率进行自动测量的新方法.利用一元线性回归方法对CCD的像元序号与所接收到的干涉条纹光强极大值序号之间的线性关系进行拟合,进而由拟合系数与待测液体折射率之间的关系计算出液体的折射率.为了在测量中获得理想的干涉条纹图,对影响干涉条纹图像质量的主要因素进行了详细分析,并给出了具体的背景光消除方法.实验以水为测量对象,测量结果表明,新的测量方法是可行的,测量结果的相对误差为0.09%,另外,新的背景光消除方法,对其他光学实验中如何获得清晰的干涉条纹,也具有一定的参考价值.     

模态声发射在结构材料缺陷定位中的研究

针对在役结构材料中间时存在静态和动态缺陷时难于进行缺陷平面定位的问题，利用声发射技术实时记录声发射波形时域信号的特点，结合薄板中Lamb波的频散特性和Gabor小波时频分析方法，研究并提出了一种新的实用定位方法。该方法通过先后采用三角形和椭圆平面定位方法可分别反演动态缺陷、静态缺陷的位置，并利用低频时频散不明显的对称模态波速和同一时域信号的相对时差来避免波速变化与各传感器间灵敏度差异和门槛值不同对椭圆定位精度的影响。经过实验研究证明，应用这种方法反演得到的缺陷位置和实际缺陷位置一致。     

0-3型钛酸锶钡与聚四氟乙烯复合材料的冷烧结制备与介电性能研究

0-3型钛酸锶钡(BST)与聚四氟乙烯(PTFE)复合材料是一种新型的陶瓷/高聚物功能复合材料,可以兼具BST材料与PTFE材料的优点,可表现出较高的介电常数和介电可调性。但是受聚合物相介电常数低的限制,常规方法(流延法)制备的以聚合物为基体,以陶瓷为填充相的复合材料的介电常数基本在100以下。为了进一步提高BST/PTFE复合材料的介电性能,本研究采用一种新型烧结工艺——冷烧结工艺实现BST陶瓷与PTFE高聚物的共烧。在试验中以BST为基体,引入体积比例为5%的PTFE,并引入固相八水合氢氧化钡(Ba(OH)₂·8H₂O)作为过渡液相以辅助烧结过程进行,制备0-3型BST/PTFE复合材料,并探究了不同冷烧结条件下复合材料的介电性能。结果表明,复合材料样品在冷烧结温度为275 ℃,压力为200 MPa,时间为2.5 h的条件下,介电常数可达到500以上(25 ℃,1 kHz)。相对于常规制备工艺,冷烧结工艺制备出的复合材料的介电常数有很大改进,这对陶瓷/高聚物功能复合材料的低温制备与研究有一定参考意义。     

挠曲电悬臂结构的功率频率响应及频移分析

挠曲电效应因其对尺度的敏感性,在微纳尺度的传感器和能量收集器方面具有广阔的应用前景。该文基于挠曲电悬臂梁构建振动能量收集器理论模型,应用Hamilton原理,建立挠曲电悬臂梁结构的控制方程,借助模态分析获得挠曲电悬臂结构的功率频率响应。讨论了结构尺寸、末端质量块、负载阻抗和挠曲电系数等对挠曲电梁谐振频率和频率移动的影响。结果表明,适度增加挠曲电悬臂梁末端质量块的质量有利于提高能量收集器输出功率。当挠曲电悬臂梁能量收集器的负载阻抗接近其自身阻抗时输出功率最大,负载阻抗与结构谐振频率形成负反馈调节,在一定范围内谐振频率随负载增加而增加,并最终趋于频移极值。     

一种基于压缩感知的导波场重构方法

导波场分析法可有效识别和表征结构损伤,但受限于奈奎斯特采样定律,全波场信号的采集耗时严重。为提高全波场信号的获取效率,现有方法依靠压缩感知和激光多普勒测振技术,以少量空间测点信号重构出原始波场,然而该类方法依赖具有一定随机性的抖动采样策略,在商用激光多普勒测振系统上不便实现。为解决这一问题,该文提出了一种基于均匀稀疏采样策略的导波场重构方法,并搭建压电片激励/扫描式激光多普勒测振仪传感(PZT激励/SLDV传感)实验平台,对含人工损伤的铝板进行实验验证。实验结果表明,该方法可将空间测点数减少到奈奎斯特采样点数的10%以下,并在导波场重构精度及损伤成像精度方面达到与抖动采样策略的同等水平,且提高了导波场分析法的实用性和工作效率。     

1-3型OPFC传感元件的制备技术与实验

该文在分析压电纤维复合材料自身特点和制作工艺的基础上,建立了正交异性压电纤维复合材料(OPFC)传感元件的理论模型,采用改进的排列一浇注法制作了不同尺寸的OPFC传感元件,并就其正交异性、灵敏度及极化工艺等驱动性能进行仿真与实验测试,提出了相应的改进措施.其实验结果为OPFC传感元件的进一步研究与应用奠定了良好的基础.     

混凝土损伤识别中的叠加偏移成像技术

为了提高对混凝土裂缝检测的能力,引进在工程物探中应用广泛的叠加偏移成像技术。阐述了原理,借鉴地震勘探数据处理方式,根据弹性波在混凝土中的传播特性以及混凝土损伤检测的特点,制定出一套适合识别预制混凝土梁损伤的叠加偏移成像数据处理流程,从而得到对缺陷的成像。为无损检测技术人员定性、定量分析混凝土缺陷提供了实践和理论参考。     

Li2CO3掺杂BST的制备及复合薄片的能量收集研究

将水基流延技术与低温烧结陶瓷技术相结合,用于BST挠曲电陶瓷的研制和能量的收集。为了降低BST的烧结温度,在BST水基流延浆料中添加了质量分数1%～4%的Li₂CO₃,将浆料流延成薄片后进行烧结。研究了Li₂CO₃掺杂量对烧结温度的影响以及BST薄片厚度对材料电性能的影响。实验结果表明,适量的Li₂CO₃掺杂能够将BST的烧结温度降低约250℃。在烧结后的薄片两面涂上银电极和适当厚度的PDMS,得到“三明治结构”的BST复合薄片,用于介电、挠曲电测试和能量收集实验。当Li₂CO₃掺杂量为质量分数2%时,300μm厚的BST复合薄片在1100℃烧结后介电性能最优,其介电常数为3200,介质损耗为0.05。而200μm厚的复合薄片表现出最高的横向挠曲电系数,达到0.24μC/m。此外,40μm厚的复合薄片表现出最好的电流输出能力,达到1.2 nA。     

基于单缝衍射原理的小转角测量方法

利用单缝夫琅和费衍射装置,通过转动使组成狭缝的一棱边与另一固定棱边形成分离间隙,进而使观察屏上的衍射条纹出现不对称分布现象。用最小二乘法对测量到的衍射图像的光强分布进行曲线拟合,并由拟合得到的数学表达式确定衍射条纹的精确位置。通过导出转动棱边在转动平面内2个相互垂直方向上的位移与观察屏上衍射暗纹位置间的关系式,并利用它对转动棱边的转角进行计算。实验结果表明,该方法可以实现小转角的高精度测量,转角的测量不确定度可达0．8。     

基于FPGA的超声相控阵系统接收装置设计

分析了线性排列超声换能器超声信号聚焦的延时算法,运用DSPBuilder将延时算法用软件加以描述并通过实验验证。提出了一种基于FPGA技术,VHDL语言描述的8通道超声相控阵系统接收装置的硬件设计方法,将延时运算部分与系统控制部分合为一体,实现延时算法与数据采集控制的单片集成,缩小了装置体积。以QuartusⅡ为开发平台,对装置各模块进行了时序与功能仿真。通过StratixⅡ系列FPGA的高速时钟运算,将延时分辨率提高到约2 ns.结果表明:运用先进的FPGA技术可同时实现算法与控制,节省硬件空间,运算更加精确,是实现多通道高速数据控制的新的有效思路。