基于光束偏转法的原子力显微镜探针一致性装配系统研究

为解决原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)系统更换探针后光路调整复杂耗时、精度不足的问题,本文首次提出通过精密控制探针与探针夹装配位置来实现更换的探针相对AFM系统原光路位置的一致,进而实现免去AFM系统换针后调整光路步骤。该系统的光路一致性组件采用光束偏转法对探针位置与偏转进行放大与监测,并使用高精度位移与角度调节平台进行探针相对于探针夹的方位调整。通过实物搭建对探针一致性效果进行了验证,并对紫外光(Ultraviolet,UV)胶水固化过程导致探针位置偏移影响;探针不同偏移量时产生的探测器噪音对AFM系统成像质量影响进行了系统分析。实验结果表明:经由该系统装配的探针平均位置精度接近1.1μm;并且在AFM系统中更换一致性探针仅需8 s。该系统实现了高精度且质量稳定的探针一致性装配,极大地简化了AFM系统重新校准光路的操作步骤,其与自动换针装置配合可有效提升工业计量型AFM的操作与测量性能。

平板电极下微米级粉尘弥散浓度探测方法与时空演化特性分析

气体绝缘全封闭组合电器/气体绝缘金属封闭输电线路(GIS/GIL)在生产、运行和维护过程中会不可避免地产生微米级粉尘,可能是诱发工程现场不明放电的根本原因。为检测微米级粉尘弥散浓度并研究浓度的时空演化特性,该文分析了10000目、2000目和1000目粉尘的光散射特性,在此基础上设计并搭建了基于平板电极的粉尘浓度探测平台,实现了粉尘弥散浓度的定量探测。通过实验研究,获得了在升压过程和持续加压下,不同粒径、不同初始质量微米级粉尘的弥散浓度演化规律。研究表明,随着电压作用时间的增加,粉尘浓度快速出现最大值,然后逐渐下降。微米级粉尘弥散浓度在升压过程中会出现峰值现象,当粉尘粒径减小或初始质量增大时,均出现更大的浓度峰值。在粉尘运动过程中,存在团聚启举的特殊现象,造成严重的电场畸变,威胁气隙绝缘安全。该文结果阐释了微米级金属粉尘弥散浓度的时空演化规律,可为GIS/GIL等电气设备中微米级金属污染物的监测和危险程度评估提供支撑。

干磨砂布和砂纸用水性超涂层浆料的研制

介绍了一种新的水性涂附磨具砂布和砂纸超涂层浆料的制作技术。结果表明,这种浆料比溶剂型浆料更环保、更高效,浆料质量稳定,保质期长,使用后砂布、砂纸产品比使用传统溶剂型涂层更耐磨、更防堵。

差动临界角法高精度动态检焦技术研究

基于临界角检焦技术具有光能量损耗小、组装相对简单、调试相对容易、系统分辨率高等特点,当引入差动信号处理技术,可放大提取的检焦信号,提升检测灵敏度和提高检焦曲线的光滑度,同时可实现更大的焦面检测范围,减少由于基底本身存在不平整影响到的检焦误差。本论文首先从差动临界角法检焦技术的基本原理出发,通过Fresnel公式和牛顿公式得到离焦量与离焦信号的关系。其次搭建差动临界角法检焦验证系统,利用四象限光电探测器采集单个临界角棱镜的离焦信号,并对两个垂直放置的四象限光电探测器接收到的离焦信号进行差动计算,以获得差动K值大小与离焦量z之间的关系。实验结果表明:采用波长532 nm的激光,数值孔径0.3的投影物镜时,检焦线性范围可达22μm;采用数值孔径0.45的投影物镜时,检焦线性范围可达14μm,差动临界角检焦法分辨率可达25 nm。

煤矸石综合利用过程中粉尘控制工程的研究与设计

抚顺矿业集团有限责任公司采用矿区火车将矸石运往深加工企业,但在铁路机车侧翻卸料过程中,持续产生大量的扬尘,而且扬尘范围广、面积大。经过多种方案对比研究,设计采用微米级干雾抑尘的治理方案。设计工程中,针对粉尘颗粒悬浮在空气中不易沉降等特点,通过将水采用高压空气混合雾化,可产生10μm以下的微细水雾颗粒吸附粉尘,有效抑制了扬尘,达到保护人体健康及减少环境影响的目的。

超重力旋转床脱除微米级粉尘的实验研究

用超细滑石粉模拟工业微米级粉尘,通过实验研究了超重力旋转床的除尘特性。考察了旋转床在不同的气量qG、液量qL、转速n和轴向放置平面丝网层数nm下的除尘效果,确定了实验室规模下适宜的除尘工艺条件:qG=600 m3/h,qL>0.6 m3/h,N=1 400 r/min,nm=3时,除尘总效率均大于97%;qG=800 m3/h,qL=1.0 m3/h,N=1 400 r/min,nm=3时,设备的总体压降不超过490 Pa。研究结果表明,超重力旋转床体现了高效除尘和低阻性能,具有较好的经济开发价值。

单分散聚苯乙烯胶体微球的制备及表征

采用分散聚合法制备了粒度为3～8μm的单分散聚苯乙烯(PS)胶体微球,并重点考察了分散稳定剂用量,引发剂用量,单体用量,不同分散介质和温度等工艺条件对PS微球的粒度及单分散性的影响.研究发现,PS微球的平均粒径随分散稳定剂用量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的增加而减小,随引发剂用量的增加而增加,随单体用量升高而增大,随分散介质中水用量的增加而减小,随温度的升高而增大.其中PVP用量和初始单体浓度是影响粒径关键因素.PS微球粒径的相对标准偏差随PVP用量的增加而降低,随引发剂用量的增加而增加.反应介质中加入微量水后,发现粒径偏差显著降低.

微米尺度格栅标准样片的质量参数评价

论述了以CD-SEM作为核心仪器评价微米尺度格栅标准样片质量参数的方法。以某标称线距尺寸为3μm的不同材料、不同格栅高度的标准样片为例进行了各项质量参数的测量,并对实验数据进行相关因素的比对分析。通过分析,为制作优质的微米格栅标准样片提供了一定的理论参考。分析结果表明本文所述方法适用于微米尺度格栅标准样片的质量参数评价。

微米级X-ray断层扫描技术在TiAl铸件无损检测中的应用

研究采用MU2000 X射线仪对Ti6Al4V合金的铸造工艺进行了研究.通过逐级放大倍率法对Ti6Al4V合金铸件的内部进行微观检测,X射线断层成像图片表明:铸件内部大部分区域呈现灰色,该灰色部位代表着铸件致密的结构,证明浇注工艺及型壳结构设计的合理性;同时,还观察到铸件内部存在气孔、缩孔和熔接痕缺陷.经分析认为:浇注温度、型壳预热温度偏低是导致产生气孔、缩孔缺陷的主要原因,而熔接痕缺陷则与浇注系统设计的不合理相关.

CCD微米级圆钢光电测径仪设计

提出了线阵CCD微米级非接触式圆钢光电测径仪的设计方案,并以ARM微处理器和单片机为核心实现了设计;解决了传统圆钢测径方法接触式测量的局限问题,具有结构简单、小型化、非接触、精度高等特点。实验结果表明,该系统实现了CCD非接触式圆钢光电测径,测量结果准确、精度高、稳定性好,且可直接方便地显示测量结果。

微米级干雾抑尘技术在火车双车翻车机系统中的应用

山东信发集团铁路专用线翻车机系统新增一台能力为2500t/h的双车翻车机,运行中产生大量粉尘,工人无法进行现场操作。针对现场实际情况,结合现有除尘工艺特点,设计选用微米级干雾抑尘装置来进行除尘。本文介绍了该装置的抑尘原理并对其在火车双车翻车机系统中的应用效果进行了介绍,可为后续相似尘源条件下除尘工艺的选择提供参考。

粉煤灰的活性效应在水泥混凝土中的应用

介绍粉煤灰的化学成分和物理性能,粉煤灰对水泥混凝土强度的作用以及经济效益。

木基生态级负离子PM2.5过滤器的设计理论研究

随着灰霾、沙尘天气的增多,细颗粒物污染逐渐受到人们的重视,过滤空气和水中的污染颗粒、PM 2.5粉尘是我国治污的重要课题。本项研究提出了采用微米木丝组构填充活性微纳米木粉作为过滤芯材料的木基生态负离子PM 2.5过滤器,微米木丝骨架过滤硬质颗粒,骨架之间充填活性微纳米木粉过滤灰霾,形成木基生态负离子过滤器。定期更换活性微纳米木粉,清洗滤芯架,通过细胞孔穴的吸附功能过滤空气中的细颗粒物,设计了可拆卸式PM 2.5过滤器的结构,并分析过滤器的过滤效率,为木基环保过滤器的设计提供理论基础。

微米空心碳球串珠结构的制备与形成机理

以还原Fe粉和活性炭为原料,通过热CVD法制备出微米级的空心碳球串珠结构.利用TEM、EDS和多点氮吸附仪进行形貌、成分、比表面积及孔径分布表征.串珠结构由φ（1~2）μm的空心碳球串联而成,长度可达十几微米.碳球的壁厚为3~5nm的石墨球壳结构.所制备产物的比表面积SBET达到306.523m2/g,其孔径分布在中孔范围,峰值位于3.761nm.微米级空心碳球串珠结构的形成机理为：含C的Fe微液滴在低温区凝聚并以石墨烯片层的方式析出C,外延于Fe液滴形成石墨层,与Fe液滴构成Fe/石墨层核壳结构,石墨球壳的收缩趋势挤压Fe液滴沿轴向移动.循环往复上述即形成空心串珠结构.该结构在节能材料、药物、染料和催化剂等的载体材料、储氢、储能等方面可能具有良好的应用前景.

微米级光学光斑测量系统设计

微米级测量光斑是激光非接触共焦法测量核聚变微靶的一项重要指标。要使测量精度达到1μm,测量光斑直径也应在微米级。根据激光高斯分布理论,设计加工了在GJ—Ⅳ共焦测头上实现微米级焦点光斑的光学系统进行了测量误差分析。通过实验和测试,激光测量光斑为10μm,工作距离为20 mm,测量精度为0.04%。实验数据证明:设计的光学系统从测量范围、测量光斑尺寸、测量精度等方面均满足微靶球测量的要求。

GIS/GIL内微米级金属粉尘动力学行为与诱发放电特性研究进展

GIS/GIL在生产与运行过程中不可避免地会产生微米级的金属粉尘,被认为是造成绝缘子沿面闪络等严重故障的主要原因,但目前相关的研究成果较少。对国内外的相关研究进展进行梳理,总结金属粉尘的动力学行为特征以及诱发放电的现象。首先,粉尘在腔体内的运动模式主要包括积聚式吸附和扩散式吸附,其中电场畸变力是引发粉尘吸附的驱动因素,而绝缘子表面电荷和粉尘粒子之间的斥力将分别进一步影响粉尘的积聚和扩散行为。由于粉尘尺寸微小,其所受微观作用如范德华力等更为突出,多物理场中的粉尘受力模型仍是亟待解决的关键问题之一。其次,粉尘在电场中会引发3类放电行为,即沿面闪络、气隙击穿以及扩散式爆炸,但目前对于粉尘诱发放电的条件以及放电发展过程的认识尚不清晰,也缺乏有效的观测手段和表征方法。值得注意的是,粉尘和绝缘纤维在电场中会发生交互吸附,使气隙击穿强度下降20%~40%。受限于粉尘体积小、放电微弱等因素,针对粉尘介观尺度效应的探测方法和检测技术仍是一大难题。最后,总结当前抑制金属粉尘的相关实验措施,其中纳米涂覆在抑制粉尘积聚式吸附方面具有较好的效果,若要同时抑制粉尘的积聚和扩散作用,还须发展新型粉尘诱导捕获技术。

直流GIL盆式绝缘子附近微米级金属粉尘的动力学行为与吸附机制研究

直流GIS/GIL在生产、运行过程中往往会产生微米级的金属粉尘,可能导致绝缘子沿面闪络等严重故障。通过搭建半封闭式同轴圆柱电极实验平台,研究盆式绝缘子附近金属粉尘的运动行为与吸附机制。研究结果表明,金属粉尘主要表现为向绝缘子表面运动的"积聚式吸附"和向电极运动的"扩散式吸附"行为,且粉尘的积聚吸附量随施加电压增大会出现"极值"现象;微米级粉尘的积聚吸附呈明显的极性效应,负极性电压下的分布范围更广、吸附量更大且吸附过程更短;粉尘粒径越小,其吸附启举电压越高,越容易发生闪络,且随着粉尘量增多以及不断升压,还会导致粉尘的"爆炸"式行为。为揭示上述现象的发生机制,进一步建立金属粉尘的多物理场受力分析模型。在绝缘子表面和金属粉尘堆形成的"V形"区域内,左右两侧相反的畸变电场对金属粉尘的作用几近抵消,绝缘子表面电荷对带电金属粉尘的库仑力作用成为引发积聚吸附的关键因素,表面电荷极性则是极性效应的直接原因。粉尘堆远离绝缘子侧的畸变电场作用,是造成带电金属粉尘扩散吸附的影响因素。库仑引力和畸变电场力的交互作用,造成积聚吸附量的"极值"现象。微米级金属粉尘粒子间的范德华力作用,则是导致粉尘粒径越小而吸附启举电压越高的主要原因。

微米级异物对GIS设备绝缘状态影响研究

断路器分合闸过程中不可避免产生微米级金属粉尘,对GIS设备内部绝缘状态具有重要影响。文中以真型363 kV GIS为基础,搭建了可进行520 kV工频耐压、1175 kV雷电冲击耐压的试验平台,用以开展微米级异物下GIS设备绝缘状态影响研究。首先基于2000次机械操作开展微米异物分布特征研究,获取了触头不同磨损次数下的微米级异物变化趋势。其次在不同操作次数下采用脉冲电流法进行放电量检测,同时联合特高频、超声波局部放电检测法,分析不同检测方法对微米级异物放电检测灵敏度。最后采用人工预埋的方式开展微米级金属粉尘对GIS设备绝缘性能的影响,并采用雷电冲击试验方法进行绝缘裕度校核,获取了微米级异物对设备绝缘性能的影响。文中通过微米级异物在真型设备内不同数量不同位置的试验以及对应试验下的局放检测研究,可为设备运维过程中微米级异物对绝缘状态的影响提供技术支撑。

微米级楔形微调结构

目前在大多数机械设备中,对结构进行微量调整时通常采用千分尺调节机构,但由于千分尺的精度为0.01mm,因此在进行0.001mm以上精度等级的调整时,仅利用千分尺便无法满足要求。针对这一问题,可采用将千分尺与机械结构有效结合,提供一种能够进行0.001mm以上精度调整的千分尺楔形微调结构来解决。

微米级电容式静力水准器设计及标定研究

基于当前高能同步辐射光源(HEPS)装置的沉降监测需求,课题组设计关键参数和结构,研制了国内首个微米级单极板电容式静力水准器样机。本文重点研究该水准器的标定和精度验证,针对传统的标准量块和位移台标定法存在标定精度低、机械加工要求高等问题,创新性采用单水准器直接标定法和多段拟合参数获取方案,实现10 mm量程的微米级标定;同时提出采用激光反馈干涉仪联合纳米级位移台直接监测液位变化,实现单水准器的全量程精度验证,精度3μm;通过重载位移台进行了7 m距离的两点监测系统的精度验证,在10 mm量程内相对高程监测精度可达到5μm。结果表明样机精度符合设计要求,可为我国大型装置的高精度高程向监测提供可靠手段。