为了探究压电驱动器的输出性能及提高压电驱动机构的性能, 该文对“十”字型压电惯性驱动器进行了理论分析与应用测试。首先说明了驱动器结构组成与驱动机理; 然后利用弹性力学理论对驱动器进行了理论分析, 得出驱动器弹性振动位移表达式, 给出了影响驱动器性能的影响因素; 最后对驱动器进行实验应用测试, 将其用于驱动盲文柔性点显装置。结果表明, 该驱动器能较好地实现系统驱动, 放大柔性薄膜凸点的位移输出, 柔性薄膜触点凸出明显, 性能良好。验证了用这种压电惯性驱动器实现系统驱动是可行且有效的。

压电振子作为压电驱动机构的核心部件, 其工作状态和疲劳强度直接决定系统的工作性能和使用寿命。该文利用ANSYS软件对圆环形压电振子进行疲劳仿真分析, 得到振动模态云图和最大受力点。研究不同结构尺寸参数对压电振子疲劳寿命影响, 并进行双晶片与单晶片压电振子相关数据对比。结果表明, 金属材料65Mn的抗疲劳性能最好, 减小振子直径或增加振子厚度能较好提高其疲劳寿命, 而施加电压幅值过高会降低振子的使用寿命, 双晶片压电振子的疲劳寿命比单晶片压电振子疲劳寿命长。对圆环形压电振子进行了疲劳寿命实验, 研究表明, 选取的此批振子完全能达到使用要求。

随机光学重构显微(STORM)的时间和空间分辨率相互制约,难以实现活细胞的超分辨成像,且超分辨图像的后处理分析与重构算法对图像质量也有非常重要的影响。基于此,针对高密度标记与高采样率所导致的单帧图像中光斑重叠及过多的背景噪声,提出一种用于单分子定位显微成像的新型噪声校正主成分分析(NC-PCA)方法,对单分子定位显微成像采集的图像进行预处理后再进行定位重构,提高了现有定位方法的定位精度,同时还实现了重叠分子的区分定位,从而提高了生物样品的标记密度,改善了超分辨成像的时间分辨率,可为活细胞单分子定位成像提供技术支持。

为了获得36MnVS4连杆裂解槽最优的切割质量, 采用正交实验法对裂解槽进行了激光切割理论分析和实验验证,通过激光共聚焦显微镜测量裂解槽的深度、宽度、张角及曲率半径等几何尺寸, 同时采用扫描电镜观测裂解槽底部微观形貌及热影响区的厚度, 采用极差分析法得到了峰值功率、脉冲宽度、切割速率和脉冲频率对裂解槽几何尺寸的影响,并获得了最优实验参量组合。结果表明,裂解槽热影响区厚度皆小于100μm且裂解槽底部存在微裂纹及气孔, 各参量组合对裂解槽宽度、张角及曲率半径的影响较小, 对裂解槽深度的影响较大; 脉冲宽度和峰值功率对槽深的影响较大, 脉冲频率和切割速率对槽深的影响较小;优化后切割速率为1.0m/min, 峰值功率为700W, 脉冲频率为1000Hz, 脉冲宽度为50μs。这一结果对实际生产具有重要意义。

介绍了EAST(全超导托卡马克核聚变实验装置)中性束注入高压电源的综合保护方案。从主回路保护、电源模块保护和现场安全监测三个方面介绍了其基本原理, 详细阐述了现场安全监测器的硬件与软件实现方法, 并利用LabVIEW实现了上位机监控软件的开发。该系统对于频繁打火、安全风险很高的EAST-NBI高压电源提供了有效的安全保障, 对于EAST实验中人员和设备的安全具有重要意义。

介绍了国际热核聚变堆(ITER)装置的脉冲功率变电站(PPEN)一次系统的设计,包括主变压器、400 kV/66 kV/22 kV这3个电压等级的断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线等的技术要求和选型设计。然后对PPEN系统进行了仿真分析,结果证明PPEN一次系统满足ITER运行的要求。最后对PPEN中方采购包的进展和后续工作进行了简要介绍。

气泡滞留会严重地损害微型压电泵的输出性能, 因此减少气泡滞留将有效地提高压电泵系统的稳定性和可靠性。泵腔作为气泡滞留的主要区域, 同时是决定输出性能的重要元素, 所以改变腔高将对气泡滞留产生重要的影响。本文从气泡压力降和输出压力两个方面建立数学模型, 以此分析腔高对气泡滞留的影响规律, 最后通过气泡滞留实验进行验证。实验结果表明, 腔高为0.15 mm时, 压电泵具有优良的输出性能和排气泡能力, 在进入120个0.02 mL气泡后, 压电泵仍具有稳定的输出压力(8.1 kPa)和输出流量(4.2 mL/min); 腔高为0.05 mm和0.20 mm时, 压电泵在进入一个气泡后即丧失了工作能力, 排气泡能力差, 而腔高为0 mm和0.10 mm时, 压电泵分别进入47和70个气泡后丧失了工作能力。实验表明选取合理的腔高可以有效地减少气泡的滞留。

为了克服压电叠堆的迟滞特性，实现压电叠堆的精确控制，建立了压电叠堆控制系统， 研究了该系统所用到的神经网络、分数阶微积分等算法。首先，搭建了采集压电叠堆位移数据的硬件系统，并对含有噪声的位移数据进行了滤波处理；利用 径向基函数（RBF）神经网络对压电叠堆建模，得到了模型参数。然后，利用RBF神经网络建模得到的Jacobain信息来整定分数阶PIμDλ控制器中的参数对压电叠堆进行控制。最后，与RBF整数阶PID对压电叠堆的控制效果进行了对比。结果显示：RBF建模误差仅为位移实测数据的0.22%，RBF神经网络分数阶PIμDλ控制系统输出稳定,很好地跟随了给定。得到的结果表明RBF神经网络分数阶PIμDλ控制器控制性能良好，在压电叠堆的控制中比RBF整数阶PID控制器表现得更加稳定、精确。

为了实现高速度高精度的非接触喷射式点胶, 设计了一种压电驱动液压放大式喷射系统。该系统采用压电叠堆作为驱动源, 基于液压放大原理放大压电叠堆的输出位移来实现胶液的喷射。对液压放大单元进行了理论分析, 并结合压电叠堆的输出位移对液压放大单元进行了参数化设计; 然后, 利用激光测微仪分别测量了撞针和压电叠堆的位移, 得到了液压放大单元在不同电压下的输出位移。最后, 搭建了喷射系统实验平台, 选用黏度为1 000 cps的环氧树脂进行点胶性能测试, 得到了驱动电压和高低电平时间对胶点体积的影响规律。实验显示, 该喷射系统可稳定地实现每秒喷射143个胶点, 胶点的体积误差可控制在±3.11%以内, 是适用于电子封装行业的高效、高精度点胶方法。

由于四元数MUSIC(Multiple Signal Classification)算法计算量较大, 本文结合声矢量传感器的四元数导向矢量模型, 提出了一种声矢量阵列波达方向估计的四元数最小范数法。首先, 将声矢量阵列输出协方差矩阵奇异值分解所得到的(M-N)×M维(M为阵元数、N为信源数)噪声子空间依最小范数(Minimum-Norm, MN)准则构建为一个新的四元数域1×M维噪声矢量。接着, 提出了简化的谱峰搜索公式, 理论分析了四元数最小范数法在搜索计算量上的优势。对提出的算法与Q-MUSIC算法进行了对比。 结果显示: 该算法至少能节省50%的谱峰搜索量。同时, 提出的算法构建的低维噪声矢量与导向矢量间的正交性优于高维噪声子空间与导向矢量间的正交性, 在0 dB时, 其范德蒙范数和谱峰分别为Q-MUSIC算法的1/3和3倍。另外, 该算法在减小谱峰搜索量的同时, 可以较好地分辨信源波达方向, 且其统计特性与四元数MUSIC算法相当。 提出的算法不局限于L线阵, 也适用于双平行线阵及面阵。