基于LabVIEW的GPIB总线独立仪器集成测试平台

科学实验和工程应用中为完成某一特定对象的测试调试,需要用到多台不同性质的仪器,记录、存储、分析波形、图像等多种类型的数据,采用传统手工测量和记录的方式已不能满足实际需要。为此针对超声流量测量高速高精度采集板的故障测试,开发了基于LabVIEW 2009的GPIB接口独立仪器集成测试平台,将多输出电源,信号发生器,示波器等仪器有机集成,实现有序测试,自动存储。

生物启发仪器的体系结构及实现技术

随着计算机及网络技术的发展,仪器的功能也不再局限于单一的数据测试及显示,至少应该能够实现信息的获取、处理、存储及传输功能。现有仪器系统的主要问题在于整个系统的软、硬件构成均为一次性配置,对环境的适应能力及容错能力均不理想。由生物体的先天遗传、后天获得的运行机制得到启发,笔者给出了生物启发仪器的概念,对仪器系统的体系结构及关键技术进行了初步探讨,并介绍了本实验室所取得的初步研究成果。

精密电极结构实现小间隙大气压辉光放电离子源(英文)

分析了电极结构精密度对大气压辉光放电稳定性的影响,设计并加工了一套高装配精度的线-筒型离子源.内外电极直径分别为0.16mm和4mm.当电压达到-3.5kV时电晕放电开始发生,放电电流波形为典型的特里切尔脉冲;当电压升高至-4.5kV时放电电流变为直流,表明进入辉光状态.通过放电电流波形可以清晰地观察到从电晕放电到辉光放电的过渡过程,并分析了其物理过程.放电实验表明,该装置可以稳定地实现大气压辉光放电,放电电流与施加电压成正电阻特性,而电极之间的电压在放电电流增大的情况下保持不变.这些放电特性与典型的低气压辉光放电一致.放电电流可达毫安量级,电离度较高,可有效提高检测灵敏度.质谱实验表明该离子源可以很好地离子化甲酸、乙酸、苯酚、苯甲酸等化学物质.

非对等FOV作用下的高分辨率FTIRS仪器线型函数研究

视场角(FOV)是仅次于最大光程差、决定高分辨率傅里叶红外光谱仪(FTIRS)仪器线型函数(ILS)的重要因素。由于光学设计和装调原因,理论为圆形FOV的扩散光束,到达探测器端时,其水平和垂直方向上的FOV值往往不再严格对等。对此,提出了以椭圆形面光源取代传统文献中的圆形面光源来反映这种非对等性,并结合最大光程差参数,给出了非对等FOV作用下的高分辨率FTIRS仪器线型函数的数学和图形表述。通过比较高分辨率FTIRS实测CO标气获得的光谱,与非对等FOV、对等FOV作用下的理论光谱,发现非对等FOV作用下的理论谱与实测谱的差谱RMS值较对等FOV获得的差谱RMS值更小,在最大吸收峰附近的差谱变化更为平缓。表明了这种非对等FOV作用下的ILS函数,较对等FOV作用下的ILS函数能更精确的反映高分辨率FTIRS对谱线的真实响应。

微探针纳米尺度振动测试的实验研究

微探针是扫描探针显微镜(SPM)的重要组成部件,其共振频率等振动特性直接影响系统的性能。给出了系统微探针共振频率的测试方法,对微探针在压电陶瓷驱动力作用下的受迫振动进行了有限元分析。提出了相位变化0.1°所对应的0.1nm位移分辨率的双频激光外差干涉光学测量系统,对微探针纳米尺度振动特性进行了测试对比实验,并对SPM标定样块进行了比对分析。实验结果验证了双频激光外差干涉测量方法的可行性和其应用价值。

石油钻井旋转导向实验转台测试系统设计

设计了一种实验转台测试系统,主要用于在实验室环境下验证石油钻井旋转导向工具可行性并测试其性能参数。提出了总体方案,设计并完成了系统的关键组成部分:两轴手动转台、合力测试仪、惯性测量模块、信号处理系统,完成了计算参数和姿态误差角测试实验。实验结果表明,所设计的各部分工作正常,满足系统的总体要求。这为将来石油钻井导向工具的井下实验打下很好的基础。

光学投影式三维轮廓测量技术综述

主要用于散射物体的宏观轮廓测量的光学投影式轮廓测量技术可以分为两大类：直接三角法和相位测量法。直接三角法包括激光逐点扫描法、光切法和新近出现的二元编码图样投影法。相位测量法以测量投影到物体上的变形栅像的相位为基础，包括莫尔法、移相法、傅氏变换法等等。本文以基于相位测量和光栅投影法为重点综述了光学投影式轮廓测量技术的几种典型方法，讨论了它们的优缺点，并分析了研究热点和发展方向。

微机械杠杆力放大效果的计算和提高

硅微谐振式加速度计是一种高精度的惯性传感器,它通过谐振梁刚度随惯性力的变化检测输入加速度的大小。为了得到较高的标度因数,国内外的研究机构普遍使用微机械杠杆机构来放大惯性力,但实验中微机械杠杆往往达不到理想的放大倍数,尤其是多级杠杆对力的放大作用非常有限。结合国内加工条件,微机械杠杆力放大机构的模型被合理简化,使用有限元分析运动模态的方法,分别计算微机械杠杆、检测质量支撑梁以及谐振梁的刚度,并按此仿真计算结果估算微机械杠杆的力放大倍数。通过理论推导、ANSYS仿真和对微机械杠杆实验的结果验证了这种方法的正确性。为分析微机械杠杆实际的力放大效果提供了一种实用方法,并基于此方法提出通过提高输出刚度来提高微机械杠杆力放大倍数的方法。通过对杠杆结构的优化,可将原有3.9倍的杠杆放大倍数提高到7.0倍。

超精表面三维形貌相移干涉检测实验研究

超精表面检测技术已成为超精密测量技术重要组成部分。本文提出了一种超精表面三维形貌的相移干涉显微检测方法。检测系统引入偏振分光棱镜,建立相移检偏干涉与三维形貌重构模型,采用四帧相移与轮廓中线法进行相位与粗糙度参数计算。编制图像处理与系统测试软件,并对标准样品进行实验,结果表明:样品粗糙度重复测量精度达2.8nm,测试系统具有抗干扰能力强、稳定性好等特点。

基于空间光调制器和CCD的衍射光学实验系统

开发了基于空间光调制器(SLM)和数码摄像机(CCD)的新型衍射光学实验系统。用SLM取代掩模板,用AutoCAD、Matlab等绘图软件,在PC机屏幕上绘制小孔、狭缝以及复杂的几何图形,再通过接口电路传输到SLM。用扩束准直后的激光束照射SLM,通过透镜在其后方借助CCD实时观察各图案的衍射图像,可对其菲涅耳与夫琅和费衍射特性进行观察和在线测量分析。该系统能够完成典型几何图案、小孔狭缝、多种形状随机分布孔等三类对象的衍射实验。系统实时性好,衍射图像可存储和处理,灵活方便。

计算机测控颜色光学实验系统

颜色现象需要亲身体验才能理解记忆,但长期缺乏定量可控的教学实验。针对这些问题开发出2套实验系统,用PC机通过USB接口和单片机,精确控制特制LED混色屏和直流电机驱动的颜色实验转台。色光混合实验系统借助计算机控制R、G、B分量,实现白平衡和颜色按参数变化。颜色转盘实验平台以计算机控制直流电机,驱动多种彩色径向开口圆盘匀速转动,以斩波器和光耦检测转速并实现闭环控制,完成颜色混合实验;还可观察变色频闪光源下呈现的周期彩色图案及主观颜色现象。两套实验系统可重复再现实验现象、定量和实时性好、操作简便,显著提高了色度学实验的教学效果。

光电比色法生化分析实验的开发

介绍了利用智能型半自动生化分析仪开发的生化分析实验,尝试在精密仪器专业学生中进行跨学科和启发式实验教学。

光的时间相干性及傅里叶变换光谱分析实验系统的研制

光的时间相干性及傅里叶变换光谱分析实验系统可以实时采集和分析各种光源在迈克耳孙干涉仪上产生的干涉条纹信号 ,并进行傅里叶变换以分析光源的频谱 .系统运用多媒体声音和动画演示技术 ,达到生动形象的现场教学效果 .

双稳态膜片的有限元分析与实验研究

双稳态结构是降低微流体器件功耗的有效手段,使膜片获得双稳态结构往往需要对材料进行热处理。文中提出了一种不需要进行材料热处理,通过将圆形膜嵌入半径相对较小的圆形槽从而使膜片达到双稳态效果的方法。基于聚丙烯材料,对设计和制作的双稳态结构的初始挠度、开关压强及密封能力进行了有限元分析。结果显示,当槽半径为19.75 mm,膜片半径较槽半径大100μm时,膜片能够在其中心半径为0.5 mm的区域密封600 kPa以上的入口压力,而膜片的开关压强约为5.2 kPa。通过实验测量了膜片中心变形随压强的变化及实际开关压强的大小,实验结果与仿真结果吻合较好。最后就结构制造精度对初始挠度、开关压强及密封压强的影响进行了分析。

基于电容检测接口ASIC的闭环微机械加速度计

对于采用微传感器和接口ASIC两芯片方案来实现的电容式微机械加速度计来说,寄生电容是影响其性能的重要因素之一。采用采样电荷结构,设计实现了电容检测接口ASIC电路,该电路具有对寄生电容不敏感的特点,并在0.35-μm CMOS标准工艺下流片实现。基于流片得到的电容检测ASIC样片,以梳齿式硅微传感器为敏感元件,采用滞后比例积分调节器,通过力平衡反馈方案设计实现了一种闭环微机械加速度计。实验结果表明:该闭环微加速度计的灵敏度为650 mV/g,噪声基底为23.17μg Hz。

基于MEMS传感器的旋转永磁体定位技术

基于地磁场的随钻测量系统具有问题:进行轨迹拟合时存在误差积累;在地磁场受干扰时无法进行准确定位。使用永磁体进行定位可以消除以上问题。利用永磁体的磁场模型,建立了旋转永磁体定位模型,利用MATLAB对模型的数学特性进行了分析。提出了基于旋转永磁体的曲线拟合定位算法,并给出了算法实现流程。基于3轴MEMS加速度计和3轴MEMS磁阻传感器搭建了测量系统,并在实验室环境下进行了模拟实验,定位精度达到cm量级。

颜色转盘光学现象的实验研究

利用可调转速的单瓣黑白颜色转盘在频闪光源照明下获得了稳定的图案 ,研究发现图案的形状和颜色分布反映了光源的频率和

基于空间光调制器与CCD的衍射和干涉定量实验

利用空间光调制器与CCD摄像机,取代传统的光刻掩膜板及白屏,构建成新型光衍射与干涉定量实验系统,将PC机软件绘制的狭缝小孔等衍射图案传输至空间光调制器,用CCD接收其远场衍射和干涉图样,再用PC机处理图像,做定量分析.可验证狭缝和圆孔衍射公式;对形状和空间关系复杂的异形孔,也可方便地实现衍射干涉图样的观察存储与测算.

傅里叶变换光谱分析系统及其测试

构建了一套改进的光的时间相干性以及傅里叶光谱分析实验系统,该系统利用光机电以及计算机软件编程技术,实时采集以He-Ne激光器、钠光灯和白炽灯为代表的各种光源在迈克耳孙干涉仪上产生的干涉条纹信号,将得到的光信号经光电倍增管转换为电信号进入电路系统,经滤波、A/D转换后,再输送到计算机进行傅里叶变换以及频谱分析.实验结果证实了该系统的有效性和实用性.

微图形化技术及其在生物医学研究中的应用

结合生物物理学与生物化学的微细加工技术已可以获得与生物大分子相近的特征尺寸,推动了微图形化技术在药物筛选与新药开发、组织工程、疾病诊断等领域的应用.综述了微图形化技术在生物医学领域的发展,讨论了光刻、软光刻、模板辅助构图、扫描探针加工、喷墨构图、激光诱导图形化等方法,分析了各种方法的优势、局限性与适用范围,指出分辨力与精度、图形化规模、实验加工条件等是选择不同图形化方法的主要依据.而基于生物物理学和生物化学等对纳米尺度的处理过程进行定量分析、进一步提高其生物兼容性及材料适应性、发展适合图形化芯片的体内微环境模拟技术等是微图形化技术进一步发展的方向.