球形敏感单元微瞄准形成金属/空气/金属微观界面中的电子输运机理研究

针对惯性陀螺和航空、航天发动机等高端/尖端仪器装备中,深孔、沟槽等内腔体结构的高精度测量对非接触传感方法提出的挑战性需求,展开球形敏感单元瞄准被测件形成金属/空气/金属微观界面中的敏感机理研究。从绝缘介质薄层电子输运机理和绝缘介质性质改变而产生电子输运两个角度,对包括电子隧穿在内的电子输运机理进行形成条件和电流密度特性的分析,揭示球形敏感单元微瞄准形成的金属/空气/金属微观界面中,产生传感电流的电子输运主要机理为福勒-诺德海姆隧穿效应,为探索新原理的三维非接触式纳米传感方法奠定了基础。

基于等效磁路法的电磁力发生器单磁路优化设计

单磁路电磁力发生器在音圈执行器和振动计量等领域具有广泛的应用,其关键是通过合理的结构设计在磁路气隙中产生具有高分布均匀性的强磁场。提出一种基于等效磁路法的电磁力发生器单磁路解析模型及结构优化设计方法,以典型单磁路为研究对象,基于等效磁路原理和集总参数法建立了气隙磁感应强度分布关于结构尺寸的解析理论模型,并采用有限元仿真验证了理论模型的正确性,二者相对误差约为2.5%,且理论计算较有限元仿真可提高约2000倍的计算效率。分析了各结构尺寸对气隙平均磁感应强度及其分布不均匀性的影响,并通过优化设计获得了较优的结构参数。优化分析结果表明,采用该方法可将气隙平均磁感应强度提升约150%,磁感应强度分布不均匀性减小约29%。

约束膜式空气弹簧的刚度建模与分析

针对空气弹簧实际刚度与理论值相差较大的问题,建立了约束膜式空气弹簧的改进刚度模型。改进模型兼顾弹性膜弧长变化及其变形引起的腔室体积变化,理论与实验刚度的偏差为9.67%,相比传统模型计算精度提高7.63%。基于改进刚度模型的分析结果表明:大腔室体积、小有效面积、大弹性膜圆弧半径的结构设计,高弧长变化率的材料及高充气压强的工作方式有利于实现低刚度隔振特性。该研究为大承载、低频/超低频约束膜式空气弹簧的结构优化设计与精密加工提供了有效的理论依据。

面向精密气磁隔振的磁斥力负刚度装置的优化设计

为进一步提升气浮隔振器的性能、降低环境中的低频微幅振动干扰对超精密加工、测量设备的影响,提出了一种面向精密气磁隔微振的磁斥力负刚度装置。磁斥力负刚度装置由三块沿垂向同向磁化的立方永磁体水平布置构成,其刚度通过磁铁间距改变,且磁铁间距不受隔振负载振动幅值的影响。基于等效磁荷模型建立磁斥力负刚度装置的磁力、刚度及刚度非线性解析模型,采用有限元仿真验证了理论模型的正确性,并采用遗传算法优化几何结构参数。优化分析结果表明:将静平衡点刚度与±1 mm处的刚度非线性度作为目标函数的多目标优化可将负刚度幅值提升146.09%,刚度非线性度降低64.73%。该研究对精密仪器及系统、超精密制造、尖端科学实验系统中精密低频气磁隔振器的设计具有重要的应用价值。

面向大振幅、长周期振动校准的零差正交激光干涉测振方法

针对零差正交干涉测量应用于超低频超大振幅标准振动台性能测试时非正交相移误差补偿困难、所需采样率极高的问题,提出了一种欠采样零差正交激光干涉测振方法。在设计消偏振分光测量光路的基础上,提出波片偏航调整方法,进行非正交相移误差的硬件实时补偿;提出基于运动状态预估的卡尔曼正交信号解调算法,对深度欠采样的干涉条纹进行相位信号解调,以大幅降低所需的采样率及产生的数据量。实验和仿真结果表明,文中方法可大幅降低零差正交干涉的非正交相移误差及其对波片角度偏差的灵敏度,且在测量超低频振动时,卡尔曼正交信号解调算法所需的采样率和每通道数据采集点数降低至奈奎斯特采样定理的0.056%。文中提出的欠采样零差正交激光干涉测振方法较好地满足超低频超大振幅标准振动测试的需求。