大行程纳米级压电微动工作台的设计与试验研究

介绍了一种基于尺蠖运动原理的大行程纳米级级平台式步距压电微动台.在结构设计方面.夹紧器和驱动器都采用压电陶瓷对称结构,配合夹紧器的夹紧、放松.驱动器伸长或缩短,实现推一拉接力运动,保证微动台运动的平稳性和连续性;采用平台式结构.增强了其实用性.驱动控制方面.配以适当的四路驱动信号.实现了压电微动台的单步、多步连续匀速运动.通过试验对微动台的性能进行了测试,结果表明:微动台的运动位移是线性的,运动速度在驱动电压为200V可达13.9μm/s,最小步距小于10 nm,行程大于20 mm.     

光栅回转式压电微角度执行器的研究

介绍了一种基于圆光栅检测的回转式压电微角度执行器,采用尺蠖运动原理设计回转式压电电动机,运用C8051F005单片机产生四路控制信号,并采用直流放大式驱动电源放大控制信号驱动压电电动机,并通过圆光栅检测系统实时测量电动机联动盘回转角度,把测量值引入控制环节,实现最小步距为2.26"的全圆周匀速连续转动。     

新型压电微泵的结构设计与理论分析

微泵在微流控化学分析芯片中有很大的应用前景,日益成为人们研究的热点。从结构设计、理论分析和工艺加工3个方面研究了微阀与微泵,设计出用压电驱动和聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜的集成微阀与微泵,其特点是原理新颖、结构简单、易于加工、操作方便。结构主要是由PDMS泵膜、硅片和压电驱动器组成,其中,PDMS既是泵膜和缓冲单元,也是主动阀片。在直流电压的驱动下,其工作状态是微阀,阻止流体的单向流通,在方波信号的驱动下,其工作状态是微泵,实现流体的吸入与泵出。给出各种几何参数、工作原理和工艺流程。     

可实现多轴同步运动的驱动设计

在实际使用过程中步进电机的使用往往不是单个出现使用,多驱动器会导致控制部分体积过大,增加自身重量,移动不灵活等问题产生。本文设计的驱动器可以实现同时控制多台同类型号的步进电机运动,并且通过仿真实验验证了设计不仅符合四相步进电机的驱动原理,亦可制版投入使用实现多轴步进电机单拍运动方式控制驱动。     

大行程纳米级步进压电微动台的特性研究

运用有限元分析方法,建立纳米级步进压电微动台的实体模型并进行了仿真计算,考察了结构参数对步进型压电微动台性能的影响,得到了压电微动台的固有频率和振型。采用正交实验法设计结构参数,分析了不同因素对压电微动台的固有频率和振动幅值的影响,得到了影响二者之比的4个因素的最优设计参数。根据逐步回归分析的方法建立了结构设计参数的数学模型,从而定量地分析各自变量与一阶固有频率之间的关系。     

毫米级静电微扑翼驱动器的结构设计、工艺与测试

针对仿昆虫扑翼飞行器核心动力装置——微驱动器的结构特点和研究难点,设计了一种基于静电驱动原理的毫米(mm)级微扑翼驱动器,并针对各个部件研究了整套加工工艺与测试方法.运动优化与升力测试结果表明:微扑翼驱动器(翼展9 mm,重量3 mg)以91 Hz的频率实现了±40°的拍动和±25°的扭转运动,输出1.5 mg的升力,升重较以往静电微扑翼驱动器有大幅提升.研究成果为实现仿昆虫微型飞行器的自主飞行提供了新的方向,并奠定了理论与试验基础.     

电磁悬浮微驱动器的快速跟踪模糊控制

介绍了一种电磁悬浮微驱动器的工作原理;针对磁悬浮微驱动器的运动特点,提出了一种基于最大值原理的模糊PID微驱动控制方法,对每种控制单元的输入输出信号与控制参数作了详细分析与矫正;首先进行了仿真实验,然后构建了微驱动器的实验装置,采用阶跃、方波和阶梯等驱动信号来检验该微驱动器的跟踪能力;实验数据表明,仿真结果与实验结果基本一致,验证了所提出的微运动控制方法的正确性和可行性。     

柔性框架式爬行驱动器

为了解决微位移技术中大行程和高分辨率间的矛盾,研制了柔性框架式爬行驱动器,简化了微动工作台的驱动装置。其行程达到毫米级,仍保持较高的分辨率。具体介绍微动工作台的结构和工作原理,柔性框架设计基本模型,电致伸缩移位移器特性分析,爬行驱动器特性分析。     

基于差动电容传感器的微动定位系统设计

设计并加工了一种结构简单、小巧的微动定位系统,该系统精度较高、扫描范围大且成本低廉.采用簧片结构设计系统的机械结构,使用压电陶瓷作为执行器件,使用差动电容传感器作为位移反馈,实现闭环控制,从而有效克服了压电陶瓷执行器件的迟滞和蠕变效应.介绍了微动定位系统的机械组成和差动电容传感器信号检测电路的工作原理,并对系统进行了测试和标定实验.实验结果显示:该平台能够实现15 μm的扫描,精度约为15 nm,且动态性能良好.     

基于压电双晶片的微型无人机增稳驱动系统研究

研究了一种,基于压电双晶片的微型无人机增稳驱动系统,并设计了一种基于升压电路原理的压电驱动电源,该驱动电源采用机载电池供电,通过 0～5V 控制信号控制其运动,对驱动电源的动态特性进行了测试.同时为实现对整个驱动系统的自适应控制,采用光纤 Bragg 光栅(FBG)传感器对压电双晶片的位移变化特性进行了测量.研究结果表...     

基于调制宽带转换器的低频射电天文信号采集电路设计及实现

针对射电天文信号观测中传统的信号采集电路存储数据需较大的存储空间的问题,提出一种基于调制宽带转换器（MWC）的低频射电天文信号采集的硬件电路设计方法。首先,将观测信号与4路伪随机周期信号相乘后分为4路,并将这4路信号分别进行二阶巴特沃兹低通滤波器滤波;然后,对4路滤波后的信号进行采样,数据传输至现场可编程门阵列（FPGA）中进行存储;最后,用正交匹配追踪（OMP）算法进行信号重构。理论分析和实验测试结果表明,重构信号与观测信号的均方误差为1.27×10^-2,数据存储空间压缩率为20%,该硬件电路设计方法降低了电路设计成本,也释放了存储空间。     

井下胶带输送机自适应控制系统的设计

针对王庄煤矿胶带输送机系统存在胶带输送机无煤空转的问题,提出了一种井下胶带输送机自适应控制系统的设计方案。该系统由PLC采集本级和前级胶带输送机4台驱动电动机的负载电流信号,经控制软件处理,动态预测出胶带输送机的负荷大小,然后根据负荷大小输出控制频率信号,控制变频器以相应的频率驱动胶带输送机,使胶带输送机以最佳速度运行。试验结果表明,该系统明显减少了胶带输送机的空载损耗,节省了电能。     

往复式压缩机曲轴箱在线监测与故障诊断系统设计

采用图形化编程工具LabVIEW和CompactRIQ嵌入式平台,设计了往复式压缩机曲轴箱在线监测与故障诊断系统。实现了四通道振动信号的同步采集;通过在线监测以及运用小波变换结合AR谱对振动信号进行分析,判断故障原因,有效避免恶性事故的发生。     

基于表面肌电和组织阻抗信息融合的手势识别研究

手势识别中的一种常见方式是通过表面肌电信号来实现。为提高手势识别的稳定性和精度, 通常需要采集多个通道的肌电信号,但这会增加电极传感器的数量以及识别系统的复杂度。因此,如 何利用较少量的通道采集信号并确保手势识别的性能一直是肌电信号应用到意图识别的研究方向之 一。该研究设计了一款便携式四通道肌电和阻抗双模信号采集器,在不增加额外传感器和通道数的情 况下,能同时采集肌电信号和差分电极对之间的组织阻抗信号。初步实验结果表明,通过该系统采集 的四通道融合信息可以提升手势识别的准确率和稳定性。与仅采集肌电信息相比,该研究采用的肌电 与阻抗信息融合方法可以将手势识别性能提升 3% 以上,达到 96.2% 的识别率。     

具备HART主站功能的模拟量采集模块设计

设计基于CPU+FPGA架构的具备快速HART主站功能的多通道模拟量采集模块;采集模块的CPU与FPGA通过PCIe总线通信;FPGA通过隔离的SPI总线控制8路模拟量采集通道,并与两路协议转换芯片通信;单个协议转换芯片实现一路SPI与四路UART的转换,与四路HART MODEM通过UART接口通信;HART信号通道与模拟量采集通道一一对应,HART信号通过耦合模块与模拟量信号在滤波模块和保护电路之间叠加;模拟量输入信号,经过通道保护电路和滤波模块后到达模拟量转换模块,进行模数转换;通过使用FPGA和协议转换芯片,实现了8个模拟量采集通道的并行采集处理,实现了HART通道串行通信的并行工作;在CPU中运行两个独立线程,各自负责一片协议转换芯片下的四路HART通信,四路HART通信以循环发送和循环接收的方式工作;并行工作的方式提高了模拟量采集的速率,减少了HART通信的等待时间,提高了HART通信的效率;模块通道之间相互隔离,降低了通道间故障相互影响的概率,提高了模块的可靠性;模块支持4~20mA电流信号和±5V、±10V电压信号采集,采集精度0.1%,电流采样电阻250欧姆,通道间隔离电压可达1000VDC。     

基于PC104的航空发动机频谱分析仪设计

针对航空发动机复杂振动信号难以检测和提取的问题,设计了一种基于PC104总线技术的便携式频谱分析仪。硬件部分以PC104模块为核心,通过自行设计的信号调理电路,实现了对8路振动信号和2路转速信号的采集,其中4路振动信号被ICP传感器采集,提高了采集信号的信噪比;软件部分基于LabWindows/CVI虚拟仪器开发平台设计,采用模块化的设计思想,实现了数据采集、处理、分析和存储等功能。实际应用表明,该设备运行稳定、可靠性好,能够及时、准确地反映出发动机中存在的故障。     

基于Lab VIEW的多通道木材声发射信号采集系统

为采集木材在长时间载荷作用下的声发射信号,设计了一种多通道的高速数据采集系统.首先,利用NI USB-6336高速采集卡和声发射传感器等硬件搭建4通道声发射信号硬件采集平台;其次,基于Lab VIEW设计人机界面及软件控制系统;最后,通过木材三点弯曲试验来验证该采集系统的效用.试验结果表明,该4通道的信号采集系统能有效地采集与自动存储木材在损伤过程中的声发射信号.作为一种木材声发射信号采集平台,该系统能够为木材声发射信号的采集与分析提供基本保障.     

DSC的USB多通道同步数据采集系统设计

为了降低 USB多通道同步数据采集系统的设计难度和复杂度,本文利用单一DSC(数字信号控制器)芯片设计了一款 USB四通道同步数据采集系统。通过软件编程DSC内设的 ADC、定时器和 USB2.0通信模块等,实现同步采集并实时上传采集数据到 LabVIEW上位机。本文结合三相有功功率测量实例,详细介绍了该同步数据采集系统的设计过程,为多通道同步数据采集系统设计提供了一种理想方案。     

SOPC的多路信号同步采集编码系统

设计了一种基于SOPC(System-On-a-Programmable-Chip)的信号采集编码系统.采用AD7607模数转换器作为多通道信号采样的核心,搭建采样模块;利用FPGA设计并搭建了数据编码电路和以MicroBlaze为内核的嵌入式处理器,实现了对采样信号的快速编码,并取代了传统设计中的单片机.实验结果表明,本系统可以对8路模拟信号进行同步采样、编码及传输.相比于传统采集编码器,该系统不仅将采样通道扩充至8路,而且基于SOPC的单处理器的方法大大简化了设计结构和难度.