PC-PCF传感器的设计与研究

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介绍了光子晶体光纤传感的工作原理,通过分析传统光纤的弊端,设计基于聚碳酸酯为基材的光子晶体光纤(PC-PCF),利用COMSOL Multiphysics和MATLAB对设计方案的可行性进行验证,结果表明:PC-PCF在特定光波波段具有优异的传感性能,灵敏度高且损耗低,具有作为特定介质(如臭氧等)传感器的潜力.
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研究了退火温度对铂薄膜微观结构和电学性能的影响.在高曲率微小金属探针表面原位制造铂薄膜温度探测器,在450,500,550℃条件下进行退火.研究了不同厚度SiO2薄膜对铂薄膜表面形貌的影响,重点介绍了经过不同温度退火后铂薄膜表面形貌和电学性能变化及其两者之间的相关性.实验结果表明:在金属探针表面制备2μm的SiO2薄膜,既可以达到绝缘的效果,也可以保证粘附性.铂薄膜温度探测器初始电阻值、灵敏度和迟滞都有较大提高.但温度越高,对铂薄膜温度探测器的线性度影响越小.由于初始电阻值的变化幅度明显大于斜率ΔT/ΔR
针对模态试验中使用加速度计时附加质量大、不易安装且对于结构曲率变化不敏感等问题,提出使用应变阵列测量位移模态与曲率模态.以悬臂梁为例,通过改变应变阵列的布置方法测量梁的位移和曲率模态,并与使用加速度计的模态分析结果进行对比.实验结果表明:通过改变应变阵列布置方法,可有针对性地提取结构的位移模态与曲率模态,且模态识别效果较好.与使用加速度计相比,应变阵列的主要优点在于其附加质量小,易于安装且能适用于复杂结构,成本低廉.
利用COMSOL软件建立了采用平层叉指换能器(IDT)布局及错层IDT布局的两种多层声表面波(SAW)器件模型,通过有限元法分别计算了两种模型在不同的薄膜层厚度、电极间距条件下的特征频率、机电耦合系数以及导纳比,并将这些结果进行了对比分析.结果表明:采用错层IDT布局的多层SAW器件在保证器件性能的条件下,结构尺寸可以缩小一倍,同时也降低了继续提高多层SAW器件特征频率的难度.
基于Geant4工具包对碳化硅中子传感器的性能进行了分析.分别对平面型和沟槽型中子传感器的结构参数进行了优化以使它们的本征探测效率取得最大值.基于双面交叉型碳化硅中子传感器结构,提出一种新型双面交叉T型沟槽结构可以完全消除中子自由流通路径,因此当低能甄别阈值(LLD)为300 keV时,本征探测效率提升了7.23%.此外,T型沟槽可以通过两次刻蚀进一步增加沟槽的刻蚀深度,为制造深沟槽刻蚀碳化硅中子传感器提供了可能性.在上沟槽部分使用离子注入形成部分掺杂的碳化硅中子传感器也为制造更高性能的器件提供了新的思路
针对微陀螺高精度和微型化的发展趋势,依据振弦式陀螺的工作原理建立了圆壳体振弦式陀螺驱动模型;应用Ansys软件分析了驱动中U形折叠梁结构参数以及内环驱动结构参数对驱动的影响,优化了驱动结构并建立了振动响应仿真分析.结果表明:圆壳体振弦式陀螺受驱动方向和驱动垂直方向的重力影响较大但变形小于1μm,优化后的U形折叠梁沿z方向有足够的刚性,可降低振弦式陀螺受z方向重力加速度的影响,且从谐响应分析中得出驱动峰值频率为3500 Hz,最大应力为132 kPa,幅值为9.27μm.从而验证了所提出的驱动模型的可行性,
无线电能传输(WPT)系统耦合机构的偏移会造成耦合线圈互感变化,导致输出电压偏离额定值,影响WPT系统的稳定性.为减小耦合机构输出电压的降幅,提出了一种新型科赫曲线型耦合机构.首先推导出科赫曲线型导线局部磁场强度表达式,分析其结构优势;然后利用COMSOL软件对其磁场分布进行仿真研究,选择2次科赫曲线型耦合机构(原边:2次科赫线圈,副边:圆形线圈)与双边圆形耦合机构以及双边DD耦合机构的偏移特性进行对比;最后搭建试验平台验证了2次科赫曲线型耦合机构的抗偏移性.试验结果表明:随着偏移距离的增加,该机构相较双
为了更好地对矿井回采工作面瓦斯的涌出量做出准确的预测,提出了将改进的人工蜂群与最小二乘支持向量机(IABC-LSSVM)相耦合的瓦斯涌出量预测方法.首先,在人工蜂群(ABC)算法中引入混沌序列来确定更优的初始蜜源,并结合自适应因子更新搜索步长,从而避免陷入局部最优的情况;然后,利用改进后的人工蜂群算法对最小二乘机的核宽度和正则化参数进行寻优;最后,使用优化后的参数进行定量分析,在归一化处理后建立瓦斯涌出量的非线性预测模型.结果表明,IABC-LSSVM模型与其他三种改进预测模型相比具有更高的准确率,能够为
针对真空容器微泄漏孔径无法准确识别的问题,提出采用泄漏超声信号特征值数据模型结合欧氏距离算法的解决方法.根据泄漏超声信号强度与微泄漏孔径的对应关系,选用特征值建立数据模型,并利用欧氏距离算法取最小值对微泄漏孔径进行识别,有效避免了因泄漏超声信号随机性引起的误判,提高了微泄漏孔径识别的准确率.通过多次实验验证,以泄漏超声信号有效值和互相关有效值建立的数据模型,对微泄漏孔径的辨识效果最好,其对微泄漏孔径的辨识正确率高达92%以上,达到了真空容器微泄漏孔径的检测识别要求.
提高协作机器人的力交互性必须提升机器人关节力矩测量的精确性,利用谐波减速器柔轮应变设计了一种关节力矩传感器.首先分析并建立柔轮的应变模型,基于应变电测技术,研制了物理样机.其次利用傅里叶变换对关节力矩传感器的输出信号进行分析,建立了传感器力矩信号直流分量与负载力矩之间的关系.测试结果表明:研制的关节力矩传感器具有较高的灵敏度和良好的重复性.
针对滑模控制所存在的抖振问题以及趋近问题,将分数阶微积分理论与滑模控制策略的优点相互结合,提出一种有效的分数阶趋近律.在控制器的设计过程中,将分数阶微积分引入到滑模控制中提出分数阶趋近律,并运用Lyapunov理论进行证明,从而确保系统的稳定性.将提出的控制方法应用于二关节机械臂上,进行仿真验证.结果表明:所提出的分数阶趋近律相比传统指数趋近律可有效提高关节的跟踪速度与跟踪精度,很大程度上削弱系统抖振,并且使系统鲁棒性更强.