大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116081
多道激光熔覆层的表面平整度和搭接率的大小密切相关。为研究搭接率对倾斜基体激光熔覆层表面平整度的影响规律并获得平整表面的临界搭接率, 用椭圆模型拟合倾斜基体熔覆层的横截面, 并通过试验验证椭圆模型拟合的可行性。建立了倾斜基体的搭接模型, 得出倾斜基体上获得最佳平整度的临界搭接率的计算方法, 在基体30°倾角下研究不同搭接率对熔覆层平整度的影响。结果表明, 较小的搭接率会导致熔覆层的平整度降低, 较大的搭接率会使熔覆层不断堆积导致熔覆层高度增加, 在临界搭接率下, 可以在几乎不改变熔覆层高度的情况下获得平整的熔覆层。
激光熔覆 搭接率 倾斜基体 几何数学模型 laser cladding overlap rate inclined substrate geometric mathematical model
1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院,上海201620
2 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院,上海201620上海艾为电子技术股份有限公司,上海201199
为了提高双稳态压电电磁复合能量采集器(BPEEH)的能量转换性能和转换效率,该文在典型BPEEH的基础上,提出了一种新颖的三稳态压电电磁复合能量采集器(TPEEH)。与传统的BPEEH相比,其兼有一个新颖的电磁发电装置,进一步构成三稳态系统。该文通过对TPEEH结构装置建立数学模型,进行了数值分析,并得到该采集器系统的势能变化函数。在此基础上,通过实验验证了外界激励频率、磁铁间距及电路负载电阻对该采集器输出电压和功率的影响。实验结果表明,当磁距为16 mm,外部磁间距为26 mm,外部激励频率为10.2 Hz时,TPEEH采集器有最大的输出电压(为6.348 9 V),同时在外部负载电阻为500 Ω时,采集器获得最大输出功率(为0.08 W)。与传统的BPEEH采集器相比,TPEEH采集器的采集谐振频率低,采集频带宽,输出电压和功率高,从而提高了能量转换性能和效率。
压电 电磁 三稳态 数学模型 复合能量采集器 piezoelectric electromagnetic tristable mathematical model composite energy harvester
光子学报
2023, 52(11): 1122001
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100101
该文给出了一种热振子式双轴微机电系统(MEMS)角速度陀螺的敏感机理。在给出双轴敏感原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上, 对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明, 开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的温度场; 当有角速度加载时, 热振子随着输入角速度而移动, 造成温度场偏移, 两个正交Y(X)方向上对称设置的两热线温差ΔTY(ΔTX)随着输入角速度ax(ay)的加大呈现线性增长, x、y轴平均温度灵敏度为121 mK/(°)/s; 根据输入-输出ωx-VYout和ωy-VXout特性曲线得到数学模型, 从而揭示了敏感机理, x、y轴平均灵敏度为0.091 mV/(°)/s, 平均非线性度为1.86%, 平均交叉耦合为2.3%。该文为优化结构奠定了实用理论基础。
热振子 微机械 陀螺效应 双轴 交叉耦合 敏感机理 数学模型 thermal oscillator micromechanics gyroscopic effect biaxial cross-coupling sensitive mechanism mathematical model
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100101
该文提出了一种高灵敏度的热膨胀陀螺, 并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的二维模型, 并对其进行了有限元分析。结果表明, 输入功率为5 mW, 输入角速度范围为-1 000~1 000 (°)/s时, 提出的热膨胀陀螺温度灵敏度为2.12 mK·[(°)/s]-1, 具有陀螺效应,且热膨胀陀螺灵敏度为1.98 mV·[(°)/s]-1, 非线性度为7.64%。与之前的结构相比, 陀螺灵敏度有提高。该高灵敏度热膨胀陀螺具有抗冲击能力强, 制作成本低, 工艺简单及可靠性高等优点, 可用于航天、消费电子及**等领域。
热膨胀陀螺 微机械 单轴 敏感机理 数学模型 thermal expansion micromechanics single axis sensitive mechanism mathematical model
1 清华大学航天航空学院, 北京 100084
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
3 中电化合物半导体有限公司, 宁波 315336
碳化硅(SiC)电子器件的性能和成本受衬底质量影响, 因此生长大直径高品质SiC单晶意义重大。物理气相传输(PVT)法是一种常用的生长方法, 但其主要面临热场设计与气流控制问题。本工作对电阻加热PVT法生长150 mm SiC单晶完整过程开展数值仿真研究, 建立描述SiC原料热解和再结晶及其多孔结构演变、热-质输运、晶体形貌变化的数理模型, 用数值模拟手段研究晶体生长、原料演变与热场变化等过程间的耦合关系。结果显示: 原料区侧面高温导致气流不均匀, 晶面呈“W”形, 原料区底部高温得到均匀气流和微凸晶面; 长晶界面通过径向温度变化调节气相组分平衡压力, 使晶面生长成等温线形状; 晶体生长速率与原料温度、剩余原料量呈正相关。模拟结果与已报道实验结果吻合, 对优化生长SiC单晶有指导意义。
SiC单晶 单晶生长 热-质输运 数学模型 电阻加热 物理气相传输 SiC single crystal crystal growth heat-mass transport mathematical model resistive heating physical vapor transport
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100101
该文揭示了一种动热源摆式单轴微机电系统(MEMS)热加速度计的敏感机理。在给出敏感结构原理的基础上, 通过建立二维物理研究模型、划分网格、加载加速度等方法对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明, 开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的以动热源为中心的温度场; 输入加速度a时, 动热源沿着加速度方向偏移, 温度场随之偏移, 敏感轴方向上对称设置的两个热线温差ΔTX随着输入加速度a的加大而呈线性增长, 温度灵敏度为7.1×10-2 mK/g。根据输入-输出(a-VXOUT)特性曲线给出数学模型, 得到该加速度计灵敏度为0.5 V/g, 非线性度为2.8%, 从而揭示了敏感机理。
热气体加速度计 微机械 动热源 单轴 敏感机理 数学模型 thermal gas accelerometer micromechanics dynamic heat source single axis sensing mechanism mathematical model
光子学报
2022, 51(11): 1114006