磁悬浮转子微陀螺利用电磁涡流实现微转子的悬浮支撑和高速旋转,是一种精度可达惯性级的新颖MEMS(Micro Electronic Mechanical System)陀螺.讨论和研究了这种新颖微陀螺的悬浮支撑、高速转动、位置检测及加矩稳定的原理,并给出了相应的微转子、定子悬浮线圈、旋转线圈、稳定线圈、传感电极的设计原则和方法.设计了一个转子直径2 200μm、厚度25 μm,定子线圈线宽10μm、厚度5μm,悬浮励磁频率10 MHz、旋转励磁频率2 MHz的微陀螺,解决了三维非硅准LiGA技术加工微陀螺中的引线、绝缘、摩擦柱成型问题,并进行了相关的陀螺悬浮旋转试验,该陀螺在空气环境下能够以1000 r/min旋转,悬浮高度200μm,说明这种陀螺的原理和设计方法是可行的.

在已研制的某嵌入式仪器中,以80C31单片微机为核心,外扩ADC0816转换器等,完成特定的测控功能,由于该嵌入式仪器电路较庞大复杂,并且程序要求可靠性较高,因此采用了冗余备份的处理技术,该处理技术使嵌入式仪器既可工作在热备份状态又可工作在冷备份状态.实践证明该技术对嵌入式仪器的可靠性处理十分有效.文中给出了该嵌入式仪器的冗余备份原理框图和相关处理技术.

对掺铒光纤放大器(EDFA)的增益控制电路的发展和最新动态做了简要介绍,提出了带前馈控制的数字PID参数自寻优控制算法在EDFA自动增益控制中的应用.试验结果表明,这种基于DSP的EDFA自动增益控制法成本较低、可靠性好,可以用不同的算法对系统进行控制.

基于网络控制的机器人系统是机器人发展的重要方向之一,描述了基于网络控制的内窥诊疗机器人系统的体系结构,组成模块及其功能,在此基础上研究了在考虑到网络时延的条件下的内窥诊疗机器人的控制方式,介绍了网络通信程序的架构形式,以及网络通信中的通信数据的结构协议.本研究的初步探索是智能内窥机器人系统实现远程诊疗的基础.

针对聚合物成型机理研究中存在的难以在线、非接触、多维和可视化地测量处于封闭工作空间中的物料形态及其变化的问题,提出了基于形态学的聚合物成型形态的计算机层析图像测量法,并论述了该方法的测量原理,设计了由目标与背景图像分割、目标图像增强、基于形态学的图像降噪、目标特征提取和测量组成的层析图像处理方案.对处于高压、中温、挤出加工密闭空间中物料(目标)进行了计算机层析图像测量法的实验,实验结果表明,该方法不仅能解决对处于不可视空间内的目标形态及其变化进行动态、非接触和多维地图像化测量问题,而且能从层析图像中定量地获取目标的几何、物理特征随不同条件(力、热和光等)所发生变化的规律.

提出了阴影检测技术的一种新型数字化方法,用于定量测量光学元件表面的局部面形误差量.在阴影测量装置后搭建数字图像提取和处理系统,运用傅里叶光学原理进行测量方法的数学建模.利用数字图像系统提取阴影检测图像,通过对阴影检测图像特征的分析重构出光学元件面形.仿真结果表明,运用该模型提取一抛物面镜的面形信息,在一维径向方向上可以达到1 λ(λ=632.8 nm)RMS的重构精度,可以满足光学元件加工粗抛光阶段测量的要求.

扭矩测量是研究机械系统主轴在各种载荷下动态特性的关键方法.根据国内外扭矩测量系统的发展现状和实际,提出了一种基于光栅传感器进行非接触扭矩测量的方法,阐述了光栅传感器的基本原理及实现方法,给出了整个系统及实验平台的设计.该系统具有测量的高精度、全光性、绝缘性、防爆性、抗电磁干扰、耐高温等特点,适合于在恶劣环境下测量细长轴的扭矩,可应用于大型机械传动系统在各种负载和工作环境下主轴的动态特性响应分析.

构建了一种新颖的固体火箭发动机衬层厚度的在线测量系统.该系统由光学传感器和固定传感器的附件组成,采用视觉技术并结合图像处理技术探测衬层处于半硫化状态时的厚度.采用两种方法对摄像机进行了标定,并利用模拟的实验装置对衬层厚度进行了测试.结果表明:在两种标定方法下,重复测量的最大标准差为0.02683mm和0.02996mm.同时,测试与分析了因机械装置和喷涂带来的烟雾所引起的误差.实验结果证明:采用的结构光视觉方法,不仅测量速度快,精度高,而且装置简单,操作方便,可以用来解决衬层厚度在线及离线测量的问题.

面形结构大变形的智能检测对太阳能帆板及其他面形结构的振动测试与振动抑制有重要意义.论述了该系统的整体概念、模块构成及需要实现的功能,讨论了研究涉及的振动激励、传感网络、曲面重建及可视化等关键技术.此外,简单介绍了实验振动台的结构设计.

非开挖地下信息管线检测技术是检测非开挖铺设的地下信息管线的新技术.本项研究主要是基于光纤光栅传感器对离散点的曲率数据进行采集,进而利用空间形状曲线拟合进行曲线重建,最终绘制出管线位置形状图.在概述此研究的基本理论基础上,对部分关键技术进行了分析.

介绍一种用于测量球镜顶焦度和球柱镜顶焦度的新型数字投影式焦度计的测量原理及结构特点,主要分析了仪器的系统误差和随机误差,并提出了一种动态基准存储技术有效消除仪器产生系统误差的方法.实验证明,采用这种方法能够使仪器的测量精度达到士0.03 m-1.

在微流体芯片的众多应用研究领域中,如微反应器、PCR扩增、微流体驱动和控制等,微流体芯片中的流体温度和热量控制是一个非常关键的因素,为此国内外学者在微流体芯片温度测试和热控制方面进行了大量的研究.不管采用何种加热方式,加热板或者是芯片本身,都不能代表微流体芯片中流体本身的温度.本文提出一种微流体芯片中流体温度软测试技术,核心是利用比较容易测量的辅助变量(流体周围的芯片温度)来推断不可测的流体温度变量.通过构造辅助变量与流体温度变量数学映射关系,实现对流体温度的在线估计.根据微流体芯片中微流体传热机理分析,建立了微流体温度软测试数学模型,并用模拟试验验证了模型的正确性.

有害气体排放是对环境造成严重污染的主要问题.特别是那些在工业生产过程中排放的有害气体,对人体产生极大的危害性.以工业氯气为监测对象,提出一种对工业废气中的氯气浓度进行远程监测的方法.采用此方法可实现对多个检测点的数据进行在线监测,同时可通过GSM网络实现对检测装置的远程控制.更换检测装置中的滤光片,可以实现其它有害气体的在线监测.主要介绍有害气体远程多点监测方法及系统构成、原理及实现.

研究紫外光波对人眼的伤害是近年来国际眼科界关心的重点之一.由于防紫外线眼镜片的紫外透射比对人眼的健康至关重要,消费者、技术监督部门以及眼镜销售商都希望有相应的检测手段及仪器,因此,设计研制紫外线透射比测量仪具有重要意义和市场前景.本文研究了紫外光波透射比的检测方法,采用合适的光源、单色器、光电探测器及单片机等构成一种能测量镀膜片及普通光学镜片紫外线透射比的紫外线数字仪.主要介绍仪器的测量原理及单片机软硬件设计.

BP网络是人工神经网络中应用最为广泛的一种网络,只要它的隐含层包含足够多的神经元,它就可以逼近任何具有有限个断点的非连续函数.利用它的这个特性将在线检测中测得的数据输入训练好的网络中,就可以得出精度较高的结果.

为实现对蒸馏水机的较优控制,采用简化解耦设计方法,对蒸馏水机控制系统进行解耦后,设计出一种不依赖精确的数学模型又适合于耦合紧密的非线性系统控制用Fuzzy-PID控制器.采用在线实时模糊自整定PID控制策略,运用模糊推理方法实现对PID的3个参数的最佳调整.用模糊控制方法对PID参数进行模糊自校正,很好地改善了模糊控制器的稳态性能.实验和仿真研究验证,该方法可以大大提高响应速度;使系统稳态误差减小10%;超调量降低20%.

光谱仪是一种重要的分析仪器,而软件系统是光谱仪分析系统的重要组成部分.以重庆大学微系统中心研制的可见光微型光谱仪为研究对象,在简要介绍测量原理的基础上,根据测量分析要求,就光谱分析软件的设计与实现问题进行了探讨,建立了光谱分析软件系统的基本功能模型框架,并就各功能模块进行了较为详细的设计,以实现信号的预处理、单组分与多组分测量、信号的自动识别、时域处理与分析等功能,最后实现了该系统.

针对数字X光成像仪(CR)中光纤排不均匀性引起的图像畸变,提出了一种线性校正方法.该方法采用典型的线性校正因子对图像畸变部分的灰度值进行校正,使原畸变图像在灰度值较小的地方,乘上一个大于1的校正因子;在灰度值较大的地方,乘上一个小于1的校正因子,校正因子的大小与该处灰度值偏离理想灰度值的大小成反比.实验结果表明,该方法能够使光纤排不均匀引起的图像畸变得到很好的校正.

将激光片光源照相技术应用于真实血管的血流场研究中,通过分析设计了测量系统.该片光源由激光器和柱面镜及凸透镜产生,厚度为0.04～0.06mm.利用数字CCD摄像机记录被片光源照亮的单曝光的粒子图像并且编写了相应的处理软件对图像进行后续处理.该软件结合了特征跟踪和模板匹配的优点,先对连续两幅图像作特征跟踪找到前一帧各区域的大致速度大小,然后对这两幅图作模板匹配,其中后一帧中的模板匹配的中心根据前面得到的该区域的速度大小移动相应的距离.这样就可以在一个相对小的区域作相关,节约了运算时间.同时对相关系数做拟合得到了亚像素精度级.该软件可快速精确地实现速度矢量场的获得.

研究了微尺度条件下射频微机械系统中平行微带谐振器件的相关效应.对该谐振器的表面粗糙度、导热率、电学尺度等因数引起的微尺度效应进行了分析,得出该结构相关微尺度条件下相关物理量的微尺度规律.在微尺度表面粗糙度条件下,对平行微机械微带结构谐振/滤波器的性能做出了分析,得出该器件在电磁、机械、几何等微尺度量影响下的一些性能指标,为射频微机电系统相关微尺度效应研究提供了理论参考.

基于光与物质相互作用理论,建立了固态微粒物理混合物的多元多相复合模型,重点分析了混合物的光波透射特性,其研究结果为固态微粒物理混合物的组成成份检测方法研究和仪器开发提供了理论指导和设计依据.

在航天遥感TDI CCD相机研制的过程中,为了给相机传递控制参数研制了航天遥感相机成像仿真测试仪.采用单片机和液晶显示模块,系统可以根据不同任务需要设置参数,查询参数,发送参数,通过液晶屏实时显示输入的数值,通过串口传入TDI CCD相机.TDI CCD相机成像单元仿真测试仪可以灵活、快捷、可靠地改变相机的行周期、增益、级数、偏置.采用内部控制方式,即不需要其他控制器(包括计算机),直接通过此控制器前面板的键盘输入控制指令,该控制方式简单、快捷,非常适合于野外、或不具备与计算机联系的应用场合.

工业X-CT(X-ray Computed Tomography)即工业X射线层析成像技术,既是一种精密的测试设备,也是一种先进的无损检测技术,在航空、航天、**、机械、电子、石油及地质等部门中有着广泛的用途.在工业X-CT系统中,因为X射线的能量是一个连续谱线,故X射线与被测物作用后将产生"能谱硬化"(Beam-hrdening)现象,这对CT图像质量将造成不良的影响,必须进行硬化校正.X光谱仪即是为此而研制的.论文在分析比较X光谱仪数据采集卡及系统的基础上,研制了一种基于PCI总线的X光谱数据采集卡,并就PCI数据采集卡设计中采用目标接口芯片PCI9030时,如何对本地总线及挂接的设备进行硬件设计以及如何设置几个重要的寄存器等进行了阐述,获得了一些进展.

泳动微机器人是采用微驱动器致动,模仿水生动物游泳的方式推进的新型微机器人.在深入分析了水中生存的鞭毛类生物和鱼类的身体特征以及它们推进机理的基础上,系统总结了水生动物运动机理对泳动微机器人设计与研究的借鉴和启发作用,为微机器人实现良好泳动奠定基础.

近年来CMOS APS(active pixel sensor,有源图像传感器)发展较快,成为图像传感器市场中CCD的有力竞争者,在抗模糊、单电源供电、低功耗方面优势显著,而且由于集成度高,一般芯片内集成有模拟信号处理电路和A/D转换,信号直接数字输出,使成像系统外围电路简单,可以实现系统的小型化和低功耗.在带I2C总线控制接口的LM9617CMOS图像传感器成像系统的设计中,采用单片机8051模拟I2C总线进行相机控制,并控制CPLD器件产生相机时序,完成了图像的采集和数据存储控制.这种图像采集系统可以实现相机的微小化和低成本,应用领域广泛.

高机动性越障机器人运动控制要求能适应野外复杂、多变的地形环境,灵活、准确地绕过不可攀越障碍,按照路径规划给定的路径行进.本文通过对越障机器人的结构及车轮排布,对越障机器人的轨迹控制进行运动学分析,在运动学分析的基础上提出一种比较好的速度匹配控制方法,进而实现越障机器人的轨迹控制,实验结果表明越障机器人运动学分析和控制方法符合设计要求.

本文用反常衍射(anomalous diffraction)理论分析了人体血液中静态红细胞和在剪切力作用下变形为椭球形红细胞的前向光散射特点,利用等体积/等表面积(V/S)光学理论模型,并采用蒙特卡罗法(Monte Carlo)对正常和变形红细胞的光散射过程和三轴参数进行了仿真计算和分析.结果表明,该理论下进行的细胞光散射分析精度与夫朗和费(Fraunhofer)衍射理论相比可提高约一倍.

在基于编码网格点的视觉坐标测量系统中,由计算机控制的LCD投影仪向被测目标投射两组正交的黑白相间的条纹,最终形成编码唯一的网格点,这些网格点就作为被测物体表面的特征点经过计算机匹配后由双目视觉原理求取该点的空间坐标.因此完成网格点的编码和分割是测量的重要一步.本文探讨了网格点的编码和分割方法,并确定了网格点的质心,为下一步进行网格点匹配和坐标计算提供了必要的条件.

介绍一种在非线性摩擦影响下,用脉冲对位移和压力精确控制的方法.该方法为两级控制,当离目标值较远时,采用传统的PID控制;当接近目标值时,采用矩形脉冲控制,使设备产生微小运动,实现对位移和压力的精确控制.脉冲的形状由理想位移、压力和转矩脉冲模型通过采用模糊逻辑的方式确定.在大连理工大学微系统研究中心开发的塑料微流控芯片微通道热压成形机(电机驱动)上,对于不同的矩形脉冲产生的位移、压力等进行实验研究,建立了脉冲形状与位移、脉冲形状与压力关系的模型.

本文提出一种有效的边缘模糊圆形目标检测方法,该方法利用图像灰度曲线得到模糊边缘的候选点,根据圆的相交弦性质以及投票策略确定圆心,从而快速定位边缘模糊的圆形目标.试验结果表明,该方法能有效的定位目标,并具有较强的抗干扰能力,同时该方法可以推广到其他形状的目标检测.

通用串行总线(USB)作为一种新的微机总线接口规范,其特点使其非常适合作为PC机和微型光谱仪之间的通信接口,从而实现PC机和光谱仪之间简单、快速、可靠的连接和通信.本文详细价绍了基于USB总线的光谱信号数据采集系统的开发方法,包括硬件设计、fimware(固件)设计、基于WINDOWS驱动程序模型(WDM)的设备驱动程序设计以及应用软件的设计.

通过对控制对象、MCL语言等进行描述,介绍了在Cincinnati Milacron 10-vc上利用MCL语言对输入输出层进行的程序编制,提出了一种多层模块化软件开发的思路,具有较强的适用性.

基于CAN总线技术,以PIC单片机和CAN总线控制器建立了长距离(约5km),多节点(约100个节点),混合多信道(含模拟信道和数字信道)的分布式传感系统.为增强适应性,各节点可以在线自由增加和移除.整个系统由中央计算机实时控制.系统具有指标超标报警、节点故障自动隔离及采集数据备份等功能.介绍了应用流控制、硬件握手和软件握手建立基于CAN总线的可靠、自适应传感系统的方法.

现代微小卫星是当前航天技术发展的重要方向之一,受到航天、**、工业以及科研部门的普遍关注.热控制分系统的功能是为星上仪器设备提供合适的温度环境,保证它们的正常工作.介绍现代微小卫星的发展及其关键技术,探讨微小卫星热控制的必要性和微小卫星的热性能特点,分析微小卫星热控制技术的发展态势.微小卫星的热控制分系统不能忽视或者简化,应给予足够重视,加强现代微小卫星在热传递机制、热控制方法和手段等方面的理论、仿真与试验研究.

压电陀螺具有体积小、重量轻、动态范围宽等优点,但其输出的信号易受到噪声的干扰造成有用信号的淹没,因此研究适用于它的噪声抑制方法具有重要的实用价值.以CS62A-3B型压电陀螺仪为例,对噪声的来源进行了分析,针对所含噪声的特点,首先采用中值滤波方法滤除信号中的幅值大的孤立噪声.再结合Matlab工具软件设计的FIR数字低频滤波器对信号进行低频滤波,并给出了滤波算法的源代码.实现了信噪分离的目的,提高了信噪比,并通过Matlab的仿真功能对实际压电陀螺仪输出的信号进行验证.仿真表明,这两种方法的混合使用对压电陀螺仪噪声的抑制有明显效果.

遗传算法的参数中交叉率和变异率的选择是影响遗传算法行为和性能的关键,直接影响算法的收敛性.论文提出了一种适用于实数编码的改进遗传算法,通过综合交叉和随机变异等手段,避免了人为确定交叉率和变异率,从而使算法更加稳健,在提高搜索效率的同时减少陷入局部最优的机会.研究了该方法在图像复原中的应用,并通过运动模糊图像复原的仿真实验,提供了图像复原的一种新思路.采用本方法恢复模糊图像,不必对点扩散函数作出精确的估计,仿真结果表明该算法能很好地恢复出已退化的图像,显示了改进遗传算法的优点,得到了一种图像复原的新方法.

在已研制的某嵌入式仪器中(以80C31单片微机为核心,外扩ADC0816转换器等,完成特定的测控功能),由于该嵌入式仪器电路较庞大复杂,并且程序要求实时性较高,因此采用了中断多优先级的软件模拟处理技术,实践证明该技术对嵌入式仪器的实时处理十分有效,文中给出了该嵌入式仪器的电路原理框图和中断多优先级的处理技术及软件程序.

动态载荷识别技术,是指在已知系统动态特性的基础上,通过对结构系统的载荷测量,识别出结构系统在实际工作状态下所受的动态激励,其中动态载荷的获取对于现代航天、能源、海洋等等大型复杂机械结构的设计具有非常重要的意义.动态载荷识别的本质在于消除系统特性对输入信号的滤波效应,从而识别出输入动态载荷,那么其识别过程也就是一个反滤波或反卷积的过程.因此动态载荷识别的方法一直引起人们的关注,各种新的识别方法不时出现.提出了一种基于逆传系统分析法的动态载荷识别新方法,该方法根据时间序列方法通过构造原系统的逆传系统,提出利用逆函数方法对机械系统进行动态载荷的识别:首先介绍了Green函数及其逆函数,建立了两者之间的关系模式,然后通过对实际物理意义的分析,指出了逆函数实际上是顺传系统的逆系统,因此从理论上来说通过构造逆系统来进行动态载荷识别是可行的.同时利用计算机以单输入-单输出系统为例,仿真验证了该理论方法的正确性.而且结果表明该方法识别精度高,而且适用于非最小相位系统.

采用一种新的最小加权偏差的方法,通过把多目标转化为与之相关的单目标(数值)最优化问题,经多目标最优化的归一化处理,最终综合成一个统一的总目标,可用其偏离优化方案的程度来度量其优化的优劣,借助丰富的非线性规划计算方法,求解权重未知情况下的多目标非线性优化问题,并在木薯酒精车的全生命周期3E评估和多目标优化研究中得到应用.

在已有的木薯酒精全生命周期评估数据的基础上,建立木薯酒精全生命周期多目标优化模型.分别运用统一目标法和模糊优化法进行优化,得到木薯酒精各生产阶段的最佳产量,并对优化结果进行了比较分析,为木薯酒精项目的实施提供重要的优化数据.

针对某些传感器在多种环境因素下的特性漂移问题,提出了一种基于插值法进行多维补偿的计算原理,并给出具体的计算步骤和通用公式.该方法能最终将多维的数学模型逐步转换为二维数学问题,求得传感器在任意环境因素组合下的特性曲线,消除环境因素的影响,也可应用于存在相似问题的各类型传感器中.

无线远程图像监控是未来监控系统的主要发展方向,该类系统需要一个良好的开发平台.提出了一种采用冷火嵌入式处理器MCF5272作为MCU的远程图像监控系统,操作系统采用uClinux.该系统能通过GSM通讯网络,将事发现场的图像/视频传输至监控中心,文中给出了具体的软硬件设计和实现原理.

介绍了高空间分辨力遥感图像实时压缩现状,现有的压缩方案无法满足日益庞大的数据量,根据高空间分辨力图像的自身特性,阐明了新形势下压缩算法应满足的要求,通过DWT和DCT的特性分析和二者压缩结果的对比,表明了小波变换编码更适合遥感图像压缩,结合高速图像处理芯片DSP结构特点,探讨了采用高速DSP芯片进行实时压缩的可行性,提出了改进现有RBC+FPGA样机的方案,分析了DWT+DSP方案的优势,展望了高分辨率遥感图像星上压缩的发展趋势.

微机械电子技术的快速发展及其系统结构的日趋复杂,促进了微机电系统中微装配技术的日益蓬勃发展.因此对微装配和微操作的研究日益引起国内外研究人员的重视.详细地综述了近年来微装配技术的国内外发展现状以及其发展过程中面临的一些关键技术,包括微装配机理、显微视觉技术、微夹持器、微驱动技术等,最后对微装配的发展进行了展望.

微流控芯片在化学分析、临床诊断等领域的应用前景广阔.聚合物材料具有低成本、良好的加工性能、可用热压等快速成形方法加工微通道、易于实现批量生产等优点,适于作为制作微流控芯片的基材.本文研究了微通道热压成形及其芯片制作工艺.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材制作了微流控芯片.在加热软化的PMMA上,用带有凸起微结构的镍模具在基片上压制出开放微通道,讨论了热压过程中温度、压力对芯片微通道成形质量的影响,确立了优化的热压成形工艺.在PMMA玻璃转化点(Tg)附近,通过施加一定的压力,实现基片与盖片的直接键合,获得了密闭分离微通道,并在PMMA微流控芯片上实现了安非他明的分离检测.

介绍一种基于炉口光谱特征的新型、低成本、简单可靠、能够适应炼钢现场恶劣环境的终点在线测量控制方法及测试系统,以实现炼钢在线终点控制.该方法采用光纤谱分复用技术,在线实时地检测炼钢转炉炉口辐射光的多光谱光强分布图样,通过大量实验与现场测试,建立起与炼钢在线各参数变化相对应的炉口光谱特征谱库.光谱辐射理论表明,炉口光谱与炼钢在线实际参数间存在内在联系.实验结果显示炉口光谱在冶炼终点存在显著变化规律,进而所获得的炉口光谱特征可用于转炉炼钢在线终点控制.

利用新型长周期光纤光栅进行了EDFA的动态增益均衡,根据新型长周期光纤光栅的可调谐性,提出了一种基于新型长周期光纤光栅温度特性的动态增益均衡器.研究已经发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG)的谐振峰中心波长随温度变化呈线性关系.这种方法是用温度来调节新型长周期光纤光栅的谐振峰位置.开发了一种利用制冷器来实现动态增益均衡器的装置,设计了控制电路,机械机构和算法程序.

描述了一种新的谐振加速度计,这种加速度计由1个质量块、2个谐振音叉和一套由锚点支撑的弯曲杠杆系统组成.在加速度的作用下,一个音叉受到轴向拉力的作用频率变大;另一个音叉受到轴向压力的作用频率变小.杠杆系统放大了由加速度引起的轴向力,使加速度灵敏度提高.这种加速度计可以用微机械体硅工艺来制作.实验研制的加速度计灵敏度为27.3 Hz/g,分辨率为167.8μg.

为全自动智能内窥镜系统研究设计了一套试验平台,该试验平台为不同时期的智能内窥镜系统试验提供了3种不同的方案:硬管模型、软管模型和动物肠道模型.经测试,该试验平台能很好地验证系统的各项功能,提供系统所需的数据,为系统实用化提供有力的支持.

对高精度转台机械结构的直接驱动和间接驱动进行了较全面的对比研究.在简述和归纳转台的驱动方式和结构的基础上,对两种驱动方式从数学模型,对转台机械性能的影响,对控制系统要求等方面进行了对比分析,并对间接驱动中的间隙问题提出了补偿方法.针对某高精度伺服转台的分析,内环采用了直接驱动方式,外环采用了间接驱动方式.实验证明该转台实现了高精度漂移误差补偿的要求,该项研究为高精度伺服转台机械驱动方式选择和设计奠定了基础.

高精度低速伺服转台用于实现对惯性元件漂移误差的跟踪补偿.本文分析了测试转台性能要求,对控制系统进行了理论设计与实验研究.采用了模拟速度环、数字位置环相结合的混合控制方式,构造了控制系统硬件,其中光栅作为反馈元件,通过对其信号的适当处理作为模拟速度环和数字位置环的反馈信息,用一个元件实现多个信号的提取.重点分析了所构造控制系统尤其是的速度环.实验证明该系统实现了跟踪控制误差小于5″,完全达到了设计要求.

对一种用于浅水机器人沉浮的"活塞式"升降装置进行了研究.该装置主要用于超小型潜水器.升降装置通过内部活塞的运动,产生体积的变化,使潜水器产生下降或上升的作用力.分析表明它能使潜水器受力均匀,能在沉浮时保持良好的稳定性,并且控制灵活.该装置可以保证潜水器水下运动时的整体平稳性与提高水下观察的质量.

提出一种测量粉尘浓度的技术方案,根据此方案设计成功一种粉尘浓度采样器,它具有经济实用、安全可靠、携带方便等特点,并已通过国家防爆检验批量投入生产.采用嵌入式单片机控制系统、采样头、抽气风泵、流量计、电源等构成一种粉尘采样器,它能在各种有粉尘漂浮的作业现场进行粉尘采样,经一定计算准确测定空气中的含尘量.主要介绍采样器的工作原理和嵌入式系统的软硬件设计原理及技术.

磁悬浮电机是近年来在普通电机基础上发展起来的一种新型结构电机,它利用同一组线圈来实现电机的旋转和转子的悬浮,因此这种电机具有体积小、结构简单、无接触、寿命长等优点.介绍的轴向磁悬浮电机采用的结构是转子悬浮在两个盘式定子之间,转子的轴向位移和转速主动控制,其他的自由度采用被动控制,因此相对于径向磁悬浮电机来说这种结构更紧凑、控制更简单,因此非常适用于对体积和力矩要求严格的航空领域.介绍了一种用于小卫星姿态控制的微型磁悬浮电机的设计方法.这种电机的两个主要参数是轴向悬浮力和电机的转矩,为了对其进行优化,采用三维有限元软件对电机进行了仿真计算.

本文的主要内容包括:(1)简要介绍了硅微型陀螺仪的分类及其基本工作原理,包括硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪、振动轮式微机械陀螺仪、硅微型框架驱动式陀螺仪.(2)详细介绍了以微陀螺为核心的微型惯性测量系统的组成,在应用中的关键技术,主要问题及解决途径,并展望了微型惯性测量系统的发展前景.(3)提出了利用MEMS综合微加工方法实现的非全硅微陀螺技术.

随着科学技术的不断发展,六向力传感器在医学、**、体育、计算机、加工业等领域都得到了越来越广泛的运用.本文对电阻应变式、压电式、光学式、组合式等多种六向力传感器的国内外研究现状作了详尽的阐述,并分析了影响六向力传感器发展的因素和六向力传感器的发展方向.

介绍了利用SiH2Cl2-NH3-N2体系LPCVD制备Si3N4薄膜的工艺,借助椭圆偏振仪研究了薄膜的厚度及折射率.结果表明:当原料气中氨气与二氯甲硅烷的流量之比(R)较小时(R≤2),获得富Si的Si3N4薄膜,折射率较高.当氨气远远过量时(R＞4),折射率处于1.95～2.00之间.在适当的工艺条件下,获得的Si3N4薄膜表面均匀、平整,折射率达到理想值.

近年来,随着光通信突飞猛进的发展,推动了微光机电系统(MOEMS)的发展.MOEMS是将电子、光学和机械器件集成在一起的微型组件或系统,可采用集成电路(IC)工艺进行批量生产,其尺寸在微米至毫米范围之间.这种系统可在微域内实现自动控制、检测、执行任务,并在宏观上实现特定的功能.本文从MOEMS器件的制作工艺、设计及应用等方面作了探讨,对其前景作了展望,MOEMS器件将在光通信、光开关、光数据存储、光互连等领域广泛应用.

在传统的声信号检测中,声电转换由传声器完成,滤波由专用电子滤波器完成.近年来,随着硅微机电系统(MEMS)技术的发展,已经开始把该技术用于微传声器的制造.在研究了当前几种硅微机械传声器的基础上,提出了一种全新的微机械阵列传声器,该装置在转换信号的同时实现滤波,并进一步讨论了阻尼和硅簧片根数对滤波特性的影响,阻尼的增加会降低该滤波器的灵敏度,簧片根数的增加则可以改善滤波效果.对硅微机械阵列传声器的研究,利于传感、滤波和分析一体化的智能声级计的实现.

双层类脂膜(Bilayer Lipid Membrane,BLM)作为生物膜的基本结构模型已被广泛的接受,双分子层结构使双层类脂膜的厚度不到10 nm.介绍了纳米结构双层类脂膜的实验进展及电学特性,阐述了双层类脂膜在生物化学传感器中的应用,并展望了发展前景.

设计了一种具有高品质因数和小尺寸的12.12 GHz的新颖复合腔结构的微机械谐振器,获得了相关测试数据.将高介电常数材料填入微机械复合腔结构,解决限制高Q值的介质损耗问题.谐振腔的馈电通过具有2个特征阻抗为50Ω的微带线与耦合缝实现,通过优化耦合缝位置和微带线参数,提出有利于微小结构的馈电解决方案.利用AnsoftHFSS软件对谐振器的电磁特性参数作了仿真分析.利用标准微细加工工艺在硅片上制造此复合结构谐振器和相关电路,利用键合技术完成结构组装,获得较光滑腔壁,降低损耗和提高谐振器性能.此类谐振器将为现代无线通信系统提供一种低成本、小尺寸以及制造平面型窄带滤波器和双工器的微型化解决方案.

对于采用双层玻璃的光学透镜,在压力的作用下,会引起面形的变化和双折射现象,产生波前畸变,降低成像质量.通过试验和计算机仿真,分析了光学透镜玻璃所受压力和波前差(WFM)之间的关系.对不同厚度下压力引起的波像差进行分析,提出了在保证安全性和可靠性的前提下减小光学元件的厚度以减轻重量的建议.

高密度母盘刻录是数据存储中的关键技术.对母盘刻录系统的工作原理、结构组成及控制方法进行了分析研究,提出了基于DSP中央处理器和CPLD逻辑单元为中心的下位机式刻录控制方法,完成了模型建立、参数优化、硬件设计与仿真,并进行了系统特性实验.结果表明,精密系统定位精度为50 nm,亚微米级扰动消除时间＜10 ms;运动运行稳定,基本满足刻录系统性能要求.

微机电系统(MEMS)的尺度深入到微-纳米量级时,表面力与体积力相比成为起主导作用的力,其黏着效应与表面效应渐成主导的或不可忽略的机制.分子动力学模拟的日趋成熟,使人们有可能研究一种最单纯的摩擦状态,即"界面摩擦",它是指把负荷引起的塑性变形、黏着和粗糙度的影响抑制到最低限度,实现原子级光滑表面的分子接触时的摩擦状态.对不同材料的界面摩擦过程进行了分子动力学(MD)模拟研究,采用基于Morse势函数描述原子间的相互作用,以牛顿方程建立力学运动方程,使用改进后的Verlet算法求解原子运动轨迹.将MD仿真结果得出的微观摩擦规律与文献[7]等实验对比,并进行了讨论.最后在此基础上探讨了分子动力学方法在微机械设计中的作用及发展方向.

根据椭圆几何光学和X射线晶体的布拉格衍射原理,进行了弯晶谱仪的光学设计.设计的椭圆离心率和焦距分别是0.958 6 mm和1 350 mm,椭圆的弧长是125.64 mm,光路的光程为1 443.30 mm;布拉格衍射角为30～67.5°,谱线探测角为55.4～134°;柱面镜的掠入射角为3.7°,半径为10 127 mm;谱线探测器的阴极面中心到狭缝的距离是35 mm.利用LiF、PET、MiCa和KAP晶体作色散元件,测量的波长范围是0.20～2.46 nm,晶体的尺寸是125 mm×8 mm×0.2mm.此外,将两个弯晶进行上下对称交叉和前后错开布置,减小了谱仪的尺寸和减轻了它的重量.

本文基于柔性铰链原理,设计了由两个并列的四边形柔性铰链构成的狭缝机构.该机构的特点是内摩擦小、运动灵敏、位移精度高.而且,两个四边形柔性铰链可在同一块弹性材料板上加工而成,易于实现高精度的制造.由单片机、步进电机、螺旋副、圆锥顶杆和光栅副构成的闭环系统实现了狭缝宽度的自动调节.尤其是光栅副的主光栅和指示光栅分别直接安装于两四边形柔性铰链上,光栅输出可直接反映狭缝宽度的变化,有效地补偿了调节系统机械部分的误差对缝宽调节精度的影响.主要技术指标:缝宽调节范围0～2 mm,调节精度±1μm,缝宽重现性±1 μm,狭缝中心位置精度±4μm.

丝网印刷法制备PZT厚膜工艺与MEMS技术兼容.通过调整PZT印刷浆料粘度,并采取多次套印、多次退火及合理的烧结工艺,在硅膜片上获得了较致密的PZT厚膜.采用悬臂梁方法对制备的Ag/PZT/SiO2/n+Si结构复合压电厚膜进行了直接测试,结果表明PZT压电厚膜的压电常数d31可达70×10-12m/V,以此方法制备的压电厚膜适合作为MEMS执行器的微驱动元件.

介绍了一种新型的智能内窥镜导航系统.该系统由导航子系统、自主介入子系统和计算机控制子系统等3个子系统组成.导航子系统由计算机视觉引导实现内窥镜的自主导航,视觉导航采用了一种自适应阈值图像分割算法的寻径方法,并通过三维映射计算内窥镜头部偏摆角度;自主介入子系统使用机械手推进机构实现内窥镜镜体的自主介入,并在机械手上安装力传感器实现介入力的监控;计算机控制子系统分析导航子系统提供的数据并控制内窥镜的自主介入.

基于MEMS技术的微型传感器是微机电系统研究中最具活力与现实意义的领域.微加速度传感器作为微传感器的重要分支一直是热门的研究课题.本文基于对微加速度传感器研究现状的综述,探讨了微加速度传感器的发展趋势.

卫星在轨飞行时,短时间内可以将日光看作方向不变的平行入射光源.以此入射光作为参考方向,利用皮卫星表面贴装的太阳电池阵列充当姿态敏感器,对其输出信号进行采样处理,解算了卫星姿态.文中给出与该方法有关的计算理论,并以实验测试数据为依据,针对一种26面体构形的皮卫星电池阵列配置方案,定量分析了太阳参考矢量的解算精度(≤4°)、可解概率、以及最终定姿误差.此方法体现了当前微小卫星领域中"结构复用"的设计思想.

针对视觉测量系统中,目标上光学特征点亮度远程控制问题,本文提出了一种通过PC机的RS485串行接口控制的具有良好线性的光学特征点亮度控制方案.根据光学特征点-红外发光二极管的光电特性即在有效电流范围内发光强度与电流密度近似成正比,运用新型D/A转换器、运算放大器及三极管等构成可程序控制的恒流源电路,通过控制供电电流来控制发光亮度,解决了视觉测量系统中光学特征点亮度控制困难的问题.实验证明该方法具有线性好,灵敏度高,反应速度快等优点.

针对大物体3D原型及测量的3D激光扫描技术近年来得到了飞速的发展.与其他3D测量技术相比,大尺度3D激光扫描技术可以在中、大距离内快速捕获大物体全区域的数字原型,特别是考虑时间和成本,大尺度3D激光扫描技术在不同环境和地点中捕获复杂物体的3D数据是十分奏效的.在详细介绍大尺度3D激光扫描技术原理的基础上,给出了在建筑结构、隧道工程等方面的一些应用实例.实际应用结果表明,大尺度3D激光扫描技术是各种反求工程对称应用的一种独特的工具或方法.