Two-dimensional distributed strain sensing with an Archimedean spiral arrangement in optical frequency domain reflectometry

We demonstrate a distributed two-dimensional(2D)strain-sensing system in optical frequency domain reflectometry(OFDR)with an Archimedean spiral arrangement of the sensing fiber.The Archimedean spiral describes a simple relationship between the radial radius and polar angle,such that each circle(the polar angle from0 to 2π)can sense the 2D strain in all directions.The strain between two adjacent circles can also be easily obtained because an Archimedean spiral facilitates sensing of every angle covering the full 2D range.Based on the mathematical relation of Archimedean spirals,we deduce the relationship between the one-dimensional position of the sensing fiber and 2D distribution in polar coordinates.The results of the experiment show that an Archimedean spiral arrangement system can achieve 2D strain sensing with different strain load angles.

高速精量播种机阿基米德螺线型弧面双齿盘覆土装置设计与试验

针对现有重型精量播种机在高速作业时存在覆土装置影响播种均匀性、种沟内种子被“架空”等问题,基于阿基米德螺线切刃曲线与挤压式覆土原理相结合的思路,设计了一种阿基米德螺线型弧面双齿盘覆土装置,实现了覆土厚度适宜且均匀一致,降低覆土作业对播种均匀性影响的目的。本研究对覆土装置的结构参数、覆土量进行分析,确定了影响覆土效果的主要参数取值范围;利用EDEM离散元仿真技术建立了覆土装置-种子-土壤间的离散元模型,对关键参数进行仿真优化,确定弧面双齿盘的最优参数组合;通过田间试验对该装置的作业性能进行了验证。研究结果表明:影响弧面双齿盘作业性能的主要结构参数为阿基米德螺线型弧面双齿盘的中心间距、安装倾角、入土深度。当弧面双齿盘的中心间距为142.6mm、安装倾角为20°、入土深度为55mm时,该装置通过性能良好,覆土厚度均匀一致,平均厚度为47mm,合格粒距标准差、变异系数与空白对照组分别相差0.22mm、1.81个百分点,对播种均匀性影响小,满足精量播种的农艺要求。

阿基米德螺线变形轮的设计与研究

针对轮组式、轮履复合式和轮腿复合式等传统爬楼机构对楼梯适应能力不足以及体积笨重的问题,以攀爬楼梯为首要任务和设计目的,提出了一种新型楼梯越障机构——阿基米德螺线变形轮。该变形轮不仅能够较好地适应楼梯这种复杂环境,而且结合了轮式行进机构的强机动性与螺线行进机构的优良越障性。使用SoildWorks软件对变形轮机构和总体装配方案进行设计;根据运动环境和越障过程对变形轮进行参数计算和数据分析,优化了变形轮翻越连续台阶过程;最后,应用Adams软件对变形轮越障过程进行仿真分析,并将行星轮和变形轮进行对比仿真,证明了设计与研究的有效性。仿真结果证明,所设计的变形轮具有较强的机动性与稳定性。

玻璃磨边加工中抛光轮半径磨损补偿方法

根据抛光轮磨损的特性,采用阿基米德螺线模型,控制抛光轮相对工件以恒定线速度运动,同时不同材质的抛光轮按照对应恒定的磨损率磨损,利用累计的加工轨迹长度与磨损率计算抛光轮实时半径值,实现半径磨损补偿。实验结果证明该方法有效,在加工全过程中能保持稳定良好的抛光效果。

RADIATION CHARACTERISTICS OF AIRBORNE SPIRAL ANTENNAS

The radiation fields of the Archimedean spiral antenna are derived by approximating the spiral with a series of semicircles. The computational formulae for calculating the radiation fields of the airborne spiral antennas are developed by using geometrical theory of diffraction (GTD). The calculated results are in good agreement with the experimental ones.

玻璃珠折射率的批量检测

面向交通安全设施所用玻璃珠折射率的安全、批量、无损检测需要,通过融合一次彩虹法和二次彩虹法,提出了基于低阶彩虹环的快速检测方法,以实现高折射率和低折射率玻璃珠的自识别自测量。结合阿基米德螺线,提出了光学扫描方案,以实现在载玻片上随机分布玻璃珠的折射率批量检测。在此基础上,搭建了玻璃珠折射率批量测试系统。提出了基于标准溶液的校准方案,对测试系统进行了校准。分别采用低折射率和高折射率玻璃珠进行批量试验,验证了方法和系统的有效性。结果表明:研究提出的批量检测方法,对未紧邻叠加分布玻璃珠的批量检出率为100%,测量示值误差绝对值不超过0.02,测量重复性不超过0.065,能够满足一般检测的需要;测量100颗玻璃珠的时间开销相较传统浸液法减少了90%。

提高阿基米德螺旋相控阵换能器焦点声压的仿真研究

针对阿基米德螺旋相控阵换能器焦点声压不足的问题,通过有限元仿真,分别讨论了换能器阵元形状和频率改变与声场的变化关系,从焦点声压、偏转范围、栅瓣水平、焦域大小等方面进行了研究。结果表明,相同频率下,扇形阵元阿基米德螺旋相控阵换能器的焦点声压比圆形阵元时的焦点声压提高了32.28%,偏转范围为20 mm×20 mm×40 mm;在扇形阵元形状的情况下,频率选择0.9~1.0 MHz,不仅能获得较高的焦点声压,同时还能保证改善聚焦性能。文章的仿真结果为阿基米德螺旋相控阵换能器提高焦点声压,满足深部组织消融治疗需要的高功率要求提供了有用的设计参考。

特高频段内油中与空气中放电频谱特性研究

针对不同放电模型采用特高频检测技术开展了油中与空气中放电特性的研究。实验结果表明 :油和空气中放电在时域及频域上存在差异。油中放电的一次放电脉冲持续时间较短 (约为几十ns) ,信号能量主要分布在 30 0～ 110 0MHz范围内 ;而空气中放电的一次放电脉冲持续时间超过几百ns,信号能量主要分布在 0～ 2 0 0MHz范围内。这些差异可为变压器用特高频法进行局放在线监测中选取合适频段以消除空气中电晕放电脉冲型干扰提供基础。

一种新型曲折臂阿基米德螺旋天线

提出了一种新型曲折臂阿基米德螺旋天线结构——正弦波曲折臂阿基米德螺旋天线。在阿基米德螺旋线中加入正弦波可以在螺旋线半径一定的情况下更好地延长天线臂的电长度,提高天线的小型化程度,并有助于保持传统阿基米德螺旋天线优良的辐射特性。仿真和测量结果表明:在2 GHz～10 GHz的频率范围内,与传统的阿基米德螺旋天线相比,正弦波曲折臂阿基米德螺旋天线口径面积减少了47%。

曲折臂形式的阿基米德螺旋天线小型化研究

把阿基米德螺旋天线的天线臂设计成曲折线的形式,以延长天线臂的电长度,从而达到小型化的目的。对几种不同折线方式的天线进行了仿真,选取一种最佳形式,对其进行了优化,并给出了一种宽频带双面微带线巴伦的设计方法。仿真与实验结果表明：在0.8～4.0GHz频段,与经典阿基米德螺旋天线的结果相比,天线的口面面积减小27%时,仍具有良好的阻抗特性、轴比特性和增益特性。

平面螺旋天线小型化研究

由于在超宽频带范围内具有良好的圆极化特性,平面螺旋天线在现代通信领域的应用越来越广泛,但是其在低频工作时的大尺寸决定平面螺旋天线在未来的应用中必须实现小型化。平面螺旋天线的小型化分为口径面积的小型化和剖面的小型化。本文归纳总结了前人在平面螺旋天线小型化方面的方式方法与我们在这方面的创新研究。口径面积的小型化方面,设计了正弦波曲折臂阿基米德螺旋天线、复合式平面螺旋天线及自补特性不变的臂宽渐削式阿基米德螺旋天线,分别获得63.6%、73.2%和73.1%的口径面积小型化。在剖面小型化方面,从一个全新的角度出发,解决了平面螺旋天线低剖面设计中面临的馈线长度问题,设计了低输入阻抗的平面螺旋结构及其相应的小型化结构,这两种结构在端口阻抗设为75Ω和50Ω时可获得较好的宽带匹配,它们的剖面深度分别是各自最大工作波长的15%和2.7%。

曲线分段的矩量法分析阿基米德平面螺旋天线

从混合位积分方程出发，采用矩量法结合曲线分段的三角基函数和脉冲检验函数分析了阿基米德平面螺旋天线，给出了输入阻抗，电流分布以及辐射方向图结果。从曲线形式的海伦积分方程出发结合折线分段的脉冲基函数点匹配法比较结果与文献[2～4]十分吻合。由于采用了曲线分段，在相同分段数情况下其结果的精度将比采用折线分段的高。

新型低剖面阿基米德螺旋天线设计

设计了一款低输入阻抗的阿基米德螺旋天线。在传统阿基米德螺旋天线的始端加入宽度一定的指数螺蜷线,天线的输入阻抗得到降低,从而放松了对指数渐变微带线馈电巴仑的长度要求。该天线的输入阻抗为75Ω,这使得指数渐变微带巴仑的长度仅为22.5mm即可充分满足天线在2～10GHz频率范围内的馈电要求。天线采用深度为22.5mm(约为最大工作波长的15%)的反射背腔,测试结果表明:在2～10GHz的频率范围内,天线驻波比小于2.5,天线主辐射方向上的轴比小于4dB,方向图对称性良好。

胶囊内窥镜在肠道中的钳位

由于胶囊内窥镜的有效钳位是实现其在肠道中有效驻停及运动的重要因素,本文研究并设计了胶囊内窥镜的钳位机构。首先,基于对摩擦力和肠道形变的分析,讨论了影响钳位力的因素。考虑肠道安全性,设计了阿基米德螺线腿机构。然后,通过构建离体肠道测试平台,测试不同直径、宽度、纹理及形状的样本在肠道内的钳位特性;分析实验结果,并建立了可定性描述钳位力的方程。最后,基于电流反馈实现钳位机构的安全控制;通过离体实验测试了钳位机构运动性能,并验证了钳位机构的安全性和可行性。实验结果显示,优化后的螺线腿钳位机构的钳位力达1.486N;可较好地适应肠道的生理环境,满足扩展肠道、安全钳位的要求。

倾斜波束非对称SAARS微带天线设计

为了实现圆极化天线的倾斜波束,在单臂阿基米德螺旋(Single-Arm ARchimedean Spiral,SAARS)天线的基础上,联合柱状螺旋天线的非对称结构,设计出了一款波束倾角为30°的等圈非对称圆极化天线.通过对螺旋臂参数和馈电连接线的优选,拓展了天线的带宽,优化了天线的辐射性能.在垂直孔径同轴馈电方式的激励下,同时考虑电压驻波比小于2、轴比小于3dB和30°倾斜波束的条件,天线工作的相对带宽约达16.7%.仿真和实测结果吻合较好,表明所设计的天线不仅具有良好的带宽、较高的增益,同时实现了圆极化波束倾斜.

特高频传感器结构参数对其幅频特性的影响

传感器是变压器特高频局放检测中的关键设备之一,阿基米德螺旋天线和平面等角螺旋天线是目前常用的特高频传感器,采用扫频法在吉赫横电磁波室内测量了一系列结构参数不同的这两种螺旋天线的幅频特性,并在空旷场地测量了它们的驻波比。测试结果表明:天线内外径尺寸对其幅频特性的影响比较明显;测试天线的驻波比小于2,能满足工程测试的要求;变压器局放检测应选用宽频带特高频传感器;平面等角螺旋天线适合应用于局放检测,阿基米德螺旋天线适合用于局放时延定位研究。

热塑性塑料流动性能测定方法的研究

用一定注射成型条件下的流动长度来表征热塑性塑料注射成型的流动性能。主要介绍阿基米德螺旋线法测定热塑性塑料流动性能的原理、测定方法和工具,对注射成型系数的影响因素进行了探讨,可供指导生产实践参考。

Ku波段新型左手材料平面天线罩

利用新型的平面左手材料做天线罩,获得窄的天线波束。首先对所需频段内的左手材料的性能进行研究。并制作出几块左手材料平面天线罩。将左手材料平面天线罩和阿基米德螺旋天线结合起来进行研究测试,探讨加入天线罩后天线方向图的变化。实验证明加入左手材料平面天线罩后,天线的波束得到汇聚,同时增益提高了5dB左右。

旋转双棱镜大范围快速高精度扫描技术

大范围、快速、高精度扫描是光电探测、激光雷达、红外对抗等领域的一项关键技术,目前传统的扫描方式很难兼顾这些指标。首先分析了旋转双棱镜用于大范围、快速、高精度扫描的优势;其次介绍了前向扫描和反向扫描的原理和方法,并重点对反向扫描的不同算法(一阶近似法和矢量光学法)进行了分析;最后建立了旋转双棱镜快速扫描仿真系统,对两种反向扫描方式的有效性和精度进行了验证,结果显示,在±1.5°扫描范围内,一阶近似方法精度约20″,而矢量光学方法约1″。文中为大范围快速高精度扫描领域提供了新的技术途径。

室内蜂窝用曲折臂阿基米德缝隙螺旋天线设计

文中设计了一种用于室内蜂窝通信的正弦波曲折臂阿基米德缝隙螺旋天线。在阿基米德螺旋线中加入正弦波可以在螺旋线半径一定的情况下更好的延长天线臂的电长度,提高天线的小型化程度,并有助于保持传统阿基米德缝隙螺旋天线优良的辐射特性。仿真和测量结果表明:在0.4GHz～2.5GHz的频率范围内,与传统的阿基米德缝隙螺旋天线相比,文中设计天线口径面积减少了62.3%。