脉冲涡流无损检测技术及其用于航空航天材料缺陷检测的研究进展

对飞行器材料内部缺陷情况的及时有效检测,可实现对飞行器等重要器件材料缺陷而引起的风险作出预判,避免航空航天事故的发生。文章在回顾脉冲涡流无损检测基本原理的基础上,综述了该技术的国内外相关研究进展及其在航空航天材料缺陷检测中的应用。进而结合北京航空航天大学相关实验室的研究项目,介绍了基于超导量子干涉仪的脉冲涡流无损检测在微小缺陷检测方面的优势、相关技术和初步实验结果。

透射电子显微镜高压电源箱气体绝缘技术及充气工艺

本文通过比较高压系统常用气态绝缘介质的性能,对比影响气体绝缘性能的关键参数,给出了透射电子显微镜高压电源箱绝缘材料的优化选择,介绍了六氟化硫(SF6)气体在透射电子显微镜高压电源绝缘中的应用,计算了充SF6绝缘气体的高压电源箱,并给出了透射电子显微镜高压箱的绝缘充SF6气体工艺。

电化学腐蚀制备原子力显微镜探针

研究了实验室条件下采用电化学腐蚀方法制备原子力量微镜探针的工艺及实验参数对探针腐蚀精细程度的影响。实验设备虽然简单,但能制备出实用的探针。在制备过程中变量较多,可操作性强,使学生能深刻理解探针与样品表面相互作用过程,并对原子力显微镜的应用有初步的了解。

状态激励轻敲模式原子力显微镜的设计与仿真

为轻敲模式原子力显微镜设计了一种激励方式,在带有状态反馈的轻敲模式原子力显微镜基础上,除去原有的外加激励信号而引入一个自动增益控制环节,用于维持状态反馈信号的幅度恒定,并将此信号作为悬臂振动的激励信号。该激励方式即为状态激励,用于轻敲模式时可称为状态激励轻敲模式原子力显微镜。采用Matlab/Simulink工具实现了对状态激励轻敲模式原子力显微镜系统的建模和数值仿真,起振曲线证明了状态激励信号能够驱动悬臂振动并调整其工作频率;逼近曲线、线扫描曲线等典型功能仿真实验证明了状态激励方式能够成功地应用于轻敲模式成像。

低能离子对高温超导YBa2Cu3O7-δ薄膜的表面改性和机理

低能氩离子束轰击并后退火处理的离子束表面改性,会影响高温超导薄膜的表面结构和超导特性,但是其中的深刻微观机理不清楚.本文通过连续改变离子束轰击时间,系统研究了离子束表面改性对于超导膜结构和临界电流密度的影响.通过扫描电子显微镜、X射线衍射、J_(c-scanning)测试表征样品的结构特性和超导特性,并得出内应变、氧空位缺陷等参量.研究表明,经过表面改性的钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ),YBCO)薄膜,随轰击时间增加表面形貌会变得更加均匀致密,a轴晶粒消失,并且临界电流密度有了显著的提高.由化学键收缩配对模型分析得出,临界电流密度的提高与薄膜内应变增大和引发的局部YBCO结构中Cu—O键收缩有关.

谐振式集成光学陀螺噪声分析与实验研究

针对目前谐振式集成光学陀螺(IORG)输出检测精度与其理论极限灵敏度存在两个数量级差别的情况,分析了IORG系统中存在的主要噪声源;搭建了基于单光路锁频和单光路输出的IORG噪声分离系统;分别对无光情况下信号检测系统中各部分的噪声以及陀螺静态频率锁定情况下各部分的噪声影响进行了测试与分析;得到了系统的噪声分布情况。实验结果表明:光路噪声以及包括探测器热噪声和散粒噪声的电路固有噪声为系统的主要噪声源。

TDX-200透射电子显微镜灯丝像的调节

透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)在工作状态时要求精确的合轴,电子枪作为TEM电子光学系统主要部件之一,要求电子源必须与镜筒中整个电磁透镜系统严格合轴,否则会造成到达样品的电子束流减少,引入球差等不良影响。在操作中灯丝像的对称性是判断电子枪是否合轴的重要判据。研究了TDX-200透射电子显微镜灯丝像的调节过程,给出了透射电子显微镜灯丝像的具体调节步骤,并通过课题室透射电子显微镜TDX-200进行了实际验证。

透射电子显微镜中物镜光阑的作用与影响

从几何电子光学理论出发,阐述了物镜光阑对影响透射电镜极限分辨率的主要因素(球差、色差和衍射)和场深、焦深的影响,并根据傅里叶电子光学理论,研究并计算了物镜光阑对透射电镜电子频谱的影响。

力曲线重构实验课程平台

原子力显微镜(AFM)作为一种分辨率可达原子量级的测量工具已经广泛应用于纳米材料、生物医学等领域.目前大学里开设与AFM成像技术相关的实验课程中,大多是向学生展示AFM扫描样品获得形貌图的功能,较为单调,无法使学生在实验课程中更深入地了解AFM的工作模式及成像方式.近年来,通过对原子力显微镜的输出信号进行分析,并利用高次谐波信号进行重建力曲线,使探测样品表面力学信息的方法得到了深入的研究.本文完整地叙述了使用自主开发的AFM实验平台进行重构力曲线的过程,并将其应用于AFM实验课程中,从而加深学生对AFM成像原理的了解.

基于双ARM的频率调制原子力显微镜

设计了基于双ARM的频率调制原子力显微镜,以石英音叉探针作为力传感器,由自激励电路驱动探针振动在实时的共振频率处,并保持振幅恒定;采用两块ARM Cortex-M4内核的高性能微控制器进行频率解调和系统控制,频率解调采用软件锁相环设计,控制系统采用嵌入式实时操作系统CMSIS-RTOS RTX进行任务管理和调度,保证了系统的实时性。对标准样品进行扫描表明,该系统可以稳定工作。该频率调制原子力显微镜具有小型化、低成本的优势,可以被应用于教学实验。

高速原子力显微术研究进展

自1986年发明原子力显微镜以来,它已成为材料、生物以及纳米科技等许多领域的重要工具。由于常规原子力显微镜成像速度缓慢,在动态过程观测、工业生产线原位测量以及高密度信息存储等领域的应用受到限制,因此发展高速原子力显微术近年来已引起国内外的高度关注。本文综述了高速原子力显微术关键技术(包括:微小探针、高速扫描器设计和控制方法)以及应用等方面的最近进展。

原子力显微镜引力域成像的驱动频率优化研究

探针的驱动频率是决定轻敲模式原子力显微镜工作域的重要因素之一。高于共振频率的驱动频率可明显促进探针工作在引力域。本文研究了驱动频率对探针在两个工作区域即引力域和斥力域之间进行转换的重要影响。采用数值仿真的方法针对不同的驱动频率研究了振幅距离曲线和行扫描曲线。结果证明不同的驱动频率对探针工作在引力域的促进作用不同,当选择高于共振频率且探针振幅下降到自由状态下共振振幅的30%时所对应的驱动频率附近,此时的驱动频率对引力域成像促进效果最好。

音圈电机一维运动迟滞补偿教学平台

搭建了一套适用于教学的音圈电机一维运动迟滞补偿平台。采用广义Prandtl-Ishlinskii迟滞模型对音圈电机的迟滞现象进行建模,利用粒子群算法对模型的参数进行识别,通过多个粒子向最优解不断逼近,每次取众多粒子中最优的粒子的解,得到最接近实验数据的拟合参数,使得迟滞模型很好地描述音圈电机一维运动的状态。通过反演算法进行迟滞补偿。实验结果验证该算法能够很好地校正迟滞现象带来的位移偏差。教学平台能够使学生更好地理解迟滞现象及其影响,学会建立音圈电机的迟滞模型和补偿音圈电机的迟滞现象。

基于透射电子显微镜TDX-200聚光镜的热应力分析

透射电子显微镜的聚光镜的作用是将电子枪发射的电子束汇聚于试样平面上,并调节试样平面处束的孔径角、束的电流密度和照明斑点半径,因此聚光镜的设计与加工是电镜照明系统制造的关键部分。以我国自主设计的TDX-200透射电子显微镜的聚光镜为研究对象,采用有限元结构分析软件ANSYS对其进行热应力分析计算,为该类型的透射电子显微镜设计和制造提供可靠数据。

基于透射电子显微镜TDX-200观察室的应力、应变分析

透射电子显微镜的观察室不仅要有便于观察、成像、照相等功能,还承载着电镜主体镜筒和电子枪的重量,因此观察室的设计与加工是镜筒主体制造的关键部分。本文以我国自主设计的TDX-200透射电子显微镜的观察室为研究对象,采用有限元结构分析软件ANSYS对其进行应力应变分析计算,为该类型的透射电子显微镜观察室设计和制造提供可靠数据。

磁显微测量超导带材表面电流密度分布

基于缺陷周围磁场异常变化的检测原理,通过磁场检测和运动控制的结合,建立了基于霍尔传感器和三维机械运动平台的缺陷区域检查和定位系统.利用该系统对浸泡在液氮中的超导带材BI2121(长5cm宽1cm)进行磁显微测量,可以观察超导带材自场分布.根据毕奥萨伐尔定律,磁场值经过二维傅里叶逆运算确定电流密度分布,观察电流密度异常分布推断出被测样品缺陷的位置和大小.实验结果表明霍尔探头扫描显微镜是一个诊断超导体特性有用的工具,为无损检测技术提供一种快速简便的方法.

激光多普勒测速实验虚拟仿真及硬件改进

针对传统激光多普勒测速实验系统中硬件采样率有限及多普勒信号自动化处理性能较弱的问题,本文开展了实验系统虚拟仿真及硬件改进.利用Unity 3D和Matlab Apps对实验内容及其信号处理方法进行了建模,通过虚拟仿真的开发,学生可更深入地了解实验系统的细节;采用LabVIEW编程和数字示波器组建了便捷的自动化高速数据采集系统,将现有实验系统硬件的采样率从50MSa/s提高至2GSa/s,并能够利用软件实现多种自动数字化处理流程,如数字滤波和自动化测量等,提升了实验系统性能,为教学内容和实验系统的设计及建设提供了参考.

谐振式硅基集成光学陀螺的偏振噪声建模与分析

偏振噪声是谐振式集成光学陀螺的主要光学噪声源,其存在大大降低了系统的精度,为了定量化研究谐振式集成光学陀螺偏振噪声的产生机理,利用琼斯矩阵和光束传播法建立了谐振式硅基集成光学陀螺偏振噪声模型,该模型综合考虑了波导传输介质中的光偏振态交叉耦合、应力双折射等的影响,有效地逼近了实际的物理系统。基于上述模型得出了谐振腔内二氧化硅波导本征偏振态交扰与陀螺极限输出之间的表达式。对波导谐振腔内与偏振相关的3个因素:输入光偏振态、温度波动和波导保偏性能进行了仿真分析。并通过在输入端插入高偏振度起偏器的实验装置,有效验证了所建偏振理论模型受输入光偏振态波动影响的正确性。

石英振梁加速度计谐振器的结构设计

石英谐振器的设计是实现高精度石英振梁加速度计的关键。首先对石英晶体的最优切型切角结构进行研究,确定石英晶体的最优切型切角为(xyt)5°。其次,理论分析并通过仿真验证了石英谐振器的结构参数对石英振梁加速度计标度因数的影响,并对石英谐振器的结构参数进行了优化。最后,对石英谐振器进行了模态仿真,并分析了石英谐振器的尺寸制作偏差对标度因数的影响。用有限元分析方法得到了石英谐振器的理想振型,且石英振梁加速度计的标度因数为40 Hz/g。理论及仿真结果表明该石英谐振器可应用于高标度因数石英振梁加速度计中。

TDX-200F透射电镜高压测试系统的设计与应用

本文针对加速电压稳定度、电压值及加速电压纹波值性能指标设计了TDX-200F透射电镜高压电源测试系统。首先阐述了系统的工作原理,然后根据基本测试功能和主要技术指标设计了高压测试系统。该系统采取虚拟仪器技术,大大提高测试效率,经过现场调试,现已用于新研制的TDX-200F场发射枪透射电子显微镜高压系统测试中。实验证明该测试系统稳定、可靠,可用于高压电源系统性能指标的测试。