基于挠度放大结构的增敏应变传感器

提出并论证了一种基于挠度放大结构和非本征法布里—珀罗干涉(EFPI)原理的增敏光纤应变传感器,旨在追求更高精度的应力检测,其关键特征是通过挠度放大结构将较小的轴向应变变化转化为较大的干涉腔长变化,当应变达到1500×10^(-6)时,干涉腔长的变化量超过0.5 mm,使得应变大小量更易获得,大幅提高了传感器的灵敏度。实验验证:该传感器具有1500×10^(-6)的量程和±0.04×10^(-6)的波动量。研究数据表明:该传感器具有寿命长、成本低、高灵敏度和高分辨力等优点,有望在实际工程结构健康检测领域应用。

基于椭圆位移放大结构的光纤光栅位移传感器

针对采用悬臂梁或变形圆环作为光纤光栅位移传感器的弹性形变结构时,位移灵敏度较低的问题,采用新型的椭圆位移放大机构对位移探杆的微小位移量进行放大,改变椭圆放大器的机械尺寸调整传感器的位移分辨率.当椭圆位移放大机构的长度为60mm,宽度为19.8mm,中间最大宽度为30mm时,探杆的机械位移放大倍率约为2倍.当量程变化为0~100mm时,实验测得光纤光栅位移传感器的分辨率为6.1pm/mm,位移量和对应波长移动线性相关系数为0.998 52.适于机械装备和土木工程的结构位移高精度在线监测.

电致动聚合物致动器材料及放大结构综述

为满足航天应用的需要,本文对EAP材料研究情况和它们典型的压电致动器放大结构发展趋势进行了综述。首先比较了干湿EAP材料的特性,提出了应用中需要注意的一些问题;其次,以典型的压电致动器放大结构为例,分析了其优缺点,强调了一些新颖的概念。最后指出,为克服航天应用中EAP致动器力和行程的限制,需要根据实际应用从材料和放大结构两方面展开深入研究。

基于2ω_0锁定放大结构的硅波导导纳检测电路

采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种硅波导导纳检测电路,通过检测光子器件硅波导导纳变化,实现光功率监测。检测电路采用基于目标信号二次谐波(2ω_0)频率的锁定放大结构。目标信号由开关式相敏检测器和跨阻放大器进行频率合成与放大,在2ω_0频率处由二阶OTA-C带通滤波提取,最后硅波导导纳的改变量由提取的电压信号变化量表示。目标信号在2ω_0频率处被提取可以减小1/f噪声对其干扰,从而提高硅波导导纳的分辨率。仿真结果表明,在80 MHz工作带宽内测得导纳分辨率为0.8 pS。

喇叭状结构和抛物面结构对声压放大的仿真

在声波探测领域,放大声压具有重要意义。为了放大声压,设计喇叭状结构和抛物面结构模型,使用基于COMSOL Multiphysics软件的有限元分析法建立两种结构的声压放大模型。首先,计算两种结构对声压的增益倍数。仿真结果表明,喇叭状结构能够对声压实现最大20倍的放大,抛物面结构能够对声压实现最大30倍的放大。其次,研究不同结构的尺寸对声压的放大效果。结果表明,喇叭状结构尺寸与波长相当时的放大效果最显著,抛物面结构开口直径在几个特定数值处的放大效果最显著。最后,对声波造成的膜振动幅度进行仿真。结果表明,喇叭状结构使振膜振动幅度提高2.7~6倍,抛物面结构使振膜的振动幅度提高2~3.3倍。

采用振荡放大结构的声光调Q Nd∶YAG激光器及光纤传输聚焦系统

研究了一种氪灯抽运的双Nd∶YAG棒和声光调制器构成一级振荡加一级放大的声光调QNd∶YAG激光器。动态激光平均输出功率最大达到 16 9W ,在重复频率 1kHz时 ,测得脉宽 70ns,峰值功率达到 5 94kW。用芯径 0 6mm的全石英光纤传输激光 ,并设计了一套聚焦光学系统 。

单级功率放大结构超荧光光纤光源实现2.53kW功率输出

高功率光纤激光系统具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、维护方便等优点，在科学研究、工业加工等领域有重要的应用价值。

C波段相对论行波结构放大器设计

根据盘荷加载慢波结构的色散关系,设计了C波段高功率行波结构放大器,器件采用轴向微波功率提取降低输出端的反射,并在隔离段中加入微波吸收体切断放大器中自激振荡的正反馈过程,输出腔采用锥形过渡以降低Q值,减少电子注回流,有效抑制了放大器中自激振荡。在2.5维PIC模拟中得到功率890MW、频率5.64 GHz的微波输出,增益35.6 dB,效率32%。

基于动力能力谱法的RC结构位移放大系数

结构位移放大系数是预测结构在某一地震设防水准作用下的最大弹塑性变形,从而指导结构设计的参数。我国现行抗震设计规范尚未引入结构位移放大系数。考虑6、7、8三个设防烈度,设计了3、5、8、10、12层共15个钢筋混凝土框架结构,建立其有限元模型,并采用结构振动台试验对有限元模型进行验证,进而对结构在地震作用下的反应进行分析。采用文中提出的动力能力谱方法,研究按我国抗震设计规范设计的RC框架结构在不同设防水准下的位移放大系数需求值,并与传统静力能力谱法得到的位移放大系数需求值进行对比分析。6、7、8度设防的RC框架结构的位移放大系数需求值在中震作用下分别为0.51-1.91、0.49-1.93、0.56-2.24;在大震作用下分别为1.28-4.82、1.40-4.89、1.37-5.56。中震作用下,按我国抗震设计规范设计的钢筋混凝土框架结构未发生整体屈服,表明我国抗震设计规范比较保守。

基于位移放大的压电致动器设计与仿真

压电叠堆致动器广泛用于驱动智能变形装置,由于压电叠堆输出位移小,需要放大结构增大位移输出。设计了一种椭圆形位移放大结构,分析了椭圆长轴、壳体厚度、X方向位移和压电叠堆宽度等结构参数对Y方向的位移输出、应力强度和放大倍数等性能的影响规律,优化了结构参数,并制作了样品。测试数据表明,位移放大结构实现了5.3倍以上的位移放大;分析了放大结构在高频电压驱动下的瞬态响应,模拟了驱动信号频率对位移输出的影响,结果表明,在周期0.01 s的交变电压驱动下,结构的位移输出未出现失真。

百瓦级全光纤结构单频掺铥主振荡功率放大器

报道了平均功率超过百瓦的单频掺铥全光纤结构主振荡功率放大器。使用线宽小于100kHz、中心波长为1.97μm的单频种子源进行级联放大,主放大器的斜率效率为50%。监测放大器的回光功率和光谱,没有发现受激布里渊散射以及其他非线性效应。通过增加泵浦功率,可以获得更高功率的掺铥单频放大输出。

钢筋混凝土框架结构位移放大系数能力分析

结构位移放大系数能力值是预测结构最大变形能力,确定结构之间最小距离,防止结构在地震作用时因相互碰撞而发生倒塌的关键设计参数。但是目前我国结构抗震规范中并没有引入结构位移放大系数的概念。考虑不同设防烈度,不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用OpenSees进行有限元建模与分析,并采用结构振动台试验数据和拟静力试验数据对有限元模型进行验证。分别采用非线性静力方法和非线性动力方法,对所设计典型结构的地震反应进行了分析,得到了按现行抗震规范所设计结构的位移放大系数能力值的取值及其变化规律。分析结果表明,采用结构位移放大系数能力值,可以预测结构临界倒塌状态时的结构最大弹塑性变形。按我国现行抗震规范设计的VI、VII、VIII度RC框架结构,位移放大系数能力值的最小值分别为15、10、5,具有良好的变形能力。结构位移放大系数与结构反应修正系数的比值(Cd/R)在0.8～1.2范围内,这和NEHRP推荐条文中的取值相近,但稍微偏大。

Nd∶YAG单程激光放大器的设计方法

高平均功率Q开关固体激光器具有较多的应用需求 ,Nd∶YAG激光器只有采用振荡 放大结构才能获得Q开关高平均功率激光输出。对单程Nd∶YAG激光放大器进行了理论分析 。

基于压电叠堆的砧骨激励式人工中耳低功耗结构设计

目的设计一种具有位移放大结构的压电振子改进方案,用于降低现有砧骨激励式人工中耳压电叠堆振子的功耗。方法首先,基于人耳解剖结构,设计带有位移放大结构和仅仅由压电叠堆构成的两种压电振子,并建立相应压电振子与中耳的耦合力学模型。通过对比该两种耦合力学模型的计算结果,分析引入位移放大结构前后的人工中耳听力补偿性能及功耗。结果引入位移放大结构后,压电振子在10.5 V有效电压驱动下,在1 kHz频率处的等效声压级由之前的100 dB增大至113 dB。此外,由压电叠堆直接激振时,振子在1、2和4 kHz处的功耗分别为6.42、1.56和0.28 mW;引入位移放大结构后,压电振子对应上述3个频率点的功耗分别降低至0.39、0.09和0.01 mW。结论所设计的带有位移放大结构的压电振子能够提高砧骨激励式人工中耳的听力补偿能力,有效降低压电振子的功耗。研究结果将有助于人工中耳结构设计的进一步完善,从而达到更好的听力补偿效果。

视频对数放大器动态范围的提高

视频对数放大器是一种采用限幅放大器串联级联或并联求和结构逐级检波构成的交流对数放大器,对交流高频信号具有很强的压缩能力,但其动态范围一般不超过100 dB。利用串联级联和并联求和两种结构的对数放大器的优化组合及改进设计可设计出更大动态范围、宽频带、响应速度快及高精度的对数放大器。本文采用三个单片串联级联对数放大器组成并联求和结构大动态范围对数放大器,其动态范围高达140 dB,是单片级联对数放大器的2.5倍。

优化音频BTL放大器设计

本文提供了一种独特的桥接负载(BTL)放大器电路,可减小差分输出噪声与失真。

L波段光纤放大器

新一代的掺铒光纤放大器有助于解决光纤严重不足、非线性失真及系统成本的问题。

人工中耳悬浮式压电振子的优化设计

为了优化人工中耳悬浮式压电振子的植入效果,设计了一种位移放大结构用于改善振子的输出特性。首先采用微CT扫描和逆向成型技术建立了包括外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与文献的实验数据比对验证模型的有效性。然后建立人耳与悬浮振子的耦合力学模型,通过有限元的耦合场分析研究加入位移放大结构前后的人工中耳植入效果。研究结果表明,采用位移放大结构后,振子于中高频段的等效声压级得到明显提升,可以有效降低压电振子的功耗。

一种用于MEMS超低值封装残余应力的测量方法

微机电系统(MEMS)封装残余应力是在封装工艺过程中芯片上产生的残余应力,它对于MEMS器件的热稳定性和长期贮存稳定性有着十分重大的影响,故而对MEMS封装残余应力的高精确度测量有利于封装应力的研究。由于封装残余应力十分微小,因此无法利用目前的测量手段直接测量封装应力,本文针对这个问题提出了一种基于应力放大结构和拉曼光谱法的封装应力测量方法,可以测量出MEMS器件中封装应力的平均水平。基于理论分析建立了原始封装模型与应力放大结构之间的放大关系,并提出应力放大结构的设计原则。接着采用3D有限元(FEM)仿真对一款高精确度MEMS微加速度计的封装应力测量进行了分析,其结果与理论分析具有很高吻合度。最后,针对该微加速度计的封装应力测量,成功制作了应力放大结构的芯片样片,并进行封装,随后拉曼光谱法被用于测量样片中的最大应力,进而计算出待测微加速度计中平均封装应力大小。实验结果与仿真分析具有很好的吻合度,证明本文所提出的测量方法具有相当的可靠性。

低压透平电液调节系统的建模及仿真研究

以某种低压透平电液调节系统为例,分析其多级放大结构的耦合特点,以及应用伺服随动反馈控制先导级滑阀阀口和主滑阀阀口开度变化的机制,建立该系统的数学模型,并采用MATLAB/Simulink对其进行仿真。搭建低压透平电液调节系统试验台,试验结果表明:利用该模型获得的试验结果与仿真结果吻合性较好,验证了该数学模型的正确性和可行性;适当减小主阀芯弹簧刚度以及油缸有效面积,可在不影响稳态输出精度条件下,明显提升低压大流量系统的动态响应速度;减小先导阀弹簧刚度,可在响应速度不变的条件下,减小对控制油压的响应时间,使静态输出特性曲线零位死区减小;给出了能提高系统动态响应速度的优化参数取值。研究成果可为低压大流量伺服控制系统的设计及优化提供参考。