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。

为了合成粒径均一、单分散性好的金纳米粒子, 提出一种压电驱动式脉动微混合可控合成金纳米粒子的方法。该方法采用两腔三阀结构的压电微泵作为驱动源, 结合Y形微混合器, 基于两压电微泵脉动交叉式输出性能来实现多种不同混合模式的可控混合。利用Fluent软件对Y形微混合器内不同流量及频率下的混合效果进行了优化分析, 优选出了压电微泵的控制参数。在实验室内设计、制作了用于金纳米粒子可控合成的系统样机, 并开展了相应的金纳米粒子可控合成试验。试验结果表明: 电压为40 V, 频率为300 Hz时, 合成的金纳米粒子粒径较为均一, 分散性较好, 该结果验证了文中所提方法的可行性。此方法亦可应用于其他纳米粒子的可控合成。

针对Schwarzschild结构在成像光谱仪系统中的应用进行了研究。 以Schwarzschild结构的像散分析为基础, 获得了该结构的完善消像差条件; 之后, 对该结构进行了改进, 由准直镜和凸面镜, 以及凸面镜和聚焦镜分别组成了两个消像散的Schwarzschild结构, 从而构成了Schwarzschild成像光谱系统。 并给出了这种系统的各个光学参数的计算条件。 以一工作波段为340~500 nm的紫外-可见成像光谱系统为例进行了设计, 从而对设计理论进行了验证。 根据优化理论计算了初始结构最优解并进行光线追迹模拟, 成功设计了数值孔径0.125, 全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.58的高分辨率成像光谱仪光学系统。 这种结构的不同变形分别可以作为Czerny-Turner系统, Ebert-Fastie系统或者Offner系统应用, 设计结果也表明这种改进的系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率成像光谱仪。

提出了一种利用双压电晶片驱动小型平台的研究方案,该平台可实现水平面内的两自由度精密运动.在对粘滑型运动机构的工作原理进行分析的基础上,建立了压电式粘滑机构的动力学模型并进行了仿真分析,设计研制了试验样机,并从运动性能和承载能力两个方面对样机进行了实验研究.实验结果表明,设计的压电薄膜型精密运动平台结构简单、体积小、质量轻、步距稳定且行程大,电压低于30 V驱动时,步距误差不超过0.5μm,承载能力约为自身质量的7～8倍.

提出了一种新型的压电精密步进旋转驱动器.该驱动器根据仿生运动原理,以压电陶瓷叠堆为动力源,采用定子内侧箝位的方式和薄壁柔性铰链微变形结构,提高了箝位的稳定性和步进旋转的稳定性.通过静力学有限元分析和动力学分析,较深入地研究了该驱动器的运动特性.研究结果表明,该驱动器具有高频率(40 Hz),较高速度(325μrad/s),大行程(＞360°),高分辨率(1μrad/step),较大驱动力(30 N·cm)等特点,提高了压电精密步进旋转驱动器的驱动性能,在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程领域有广阔的应用前景.

提出了一种新型的压电直线精密步进驱动器.该驱动器采用步进仿生运动的原理(Pusher),以定子箝位和定子驱动的方式实现动子被动运动.在对驱动器工作原理和机械结构分析的基础上,建立以压电叠堆为驱动元件的直线驱动数学模型,并对其结构进行了有限元分析.这种驱动器采用双向推力的结构原理,实现了在正反向与运动过程中驱动特性的一致.实验证明,以这种新型驱动方式构造的驱动器实现了箝位牢固、高频率(100 Hz)驱动、高步进速度(30 mm/min)、大行程(＞10 mm)、高分辨率(0.05μm)、大驱动力(100 N)等特点,大幅度提高了压电型步进驱动器的驱动性能,在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景.

提出一种新型的压电直线精密步进驱动器.该驱动器采用仿生运动的原理,以定子主动箝位的方式和双侧薄壁铰链微变形结构,解决了以往压电精密驱动器箝位不牢固、步进频率较低、行程小、分辨率低、速度低、驱动力不稳定等问题.研制的精密直线驱动器能够实现高频率100 Hz,高速度30 mm/min,大行程>10 mm,高分辨率0.05 μm,大驱动力100 N等特点,大幅度提高了压电型步进驱动器的驱动性能.

提出了一种整机采用迭片式结构,单向阀采用悬臂梁式薄片阀的新结构微型压电泵,设计、制作了实验用样机泵,设计了正弦信号发生器电路,将产生的正弦信号经过电压放大和功率放大后,作为该泵的电源驱动,通过对该泵的工作性能进行较为系统的实验测试和研究,提出了利用多腔体串联结构提高压电泵性能的优化设计方案.实验测试表明,该泵工作性能稳定(样机尺寸:φ15 mm×1.8 mm;50 V正弦信号输入,80 Hz条件下,最大输出压力22 kPa,流量达到3.6 ml/min).该泵的设计方法及所用制作工艺可用于研发大量生产的实用微型泵.

提出了一种将压电叠堆驱动元件应用到精密旋转驱动器上的研究方案.在对驱动器机械结构及旋转运动工作原理进行分析的基础上,建立了以压电叠堆为驱动元件的旋转驱动数学模型,采用有限元分析软件对机械结构进行了分析,并从旋转运动分辨率、运动稳定性等方面对所设计加工的样机进行了实验研究.实验结果表明设计的结构具有分辨率高、行程大和运行稳定等优点,克服了目前精密驱动机构存在的位移最小分辨率和大行程共存性不好的问题.

设计了一种利用压电双晶片驱动器代替传统双喷嘴电液伺服阀力矩马达驱动部分的新型电液伺服阀,以期改善现有该型阀的动、静态特性.通过试验得出,设计的压电双晶片驱动器输出位移为82.5μm,全量程位移波动小于0.7μm,谐振频率1.2 kHz,完全满足双喷嘴电液伺服阀对驱动器的要求.试验表明:基于此驱动器的电液伺服阀在频率低于100 Hz的范围内具有良好的线性度,克服了传统双喷嘴电液伺服阀在频宽和抗电磁干扰能力等方面的不足.