智能控制在超精密定位中的应用研究

针对超精密定位系统对定位精度的要求,研究智能PID控制技术,以提高系统的定位精度。研究对象是采用宏/微双伺服驱动系统中由压电陶瓷器件+柔性铰链构成的两维超精密定位系统。由于压电陶瓷器件+柔性铰链构成的微动系统具有迟滞、蠕变等强非线性,同时受到宏动系统高加速运行的扰动,常规PID控制难以获得良好控制效果。对此,提出神经网络自适应模糊推理PID位置控制系统,并进行了控制系统结构研究,实验结果表明:智能控制能有效改善系统的控制性能,提高了重复定位精度。

基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究

针对微操作过程中对微力觉信号的需求,以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺,设计了一种用于微操作的三维力传感器,建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术,实现对传感器的标定,并给出了传感器的信号处理方法。实验证明,该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN,X向与Y向的分辨率均为2.4μN,Z向的分辨率为4.2μN。

压入测试仪柔度标定方法研究

仪器柔度标定和位移校准是压入法测试的一项重要工作,通过对各种标定方法特点的综合比较认为Doerner-Nix法是一种理想的折中方法,结果相对可靠并易于操作。利用该法对微压入测试仪进行了标定,获得的柔度值为0．61×10-6m/N。仪器校准后得到的Si(100)弹性模量和硬度值与文献值符合较好,而未校准直接获得的2个测试值比校准后分别低21．5％和2．4％。

纳米级超精密切削表面粗糙度若干影响因素分析

介绍了W-M函数和分形分维数的结构函数法求法,采用分形理论对影响纳米级超精密切削表面质量的若干因素进行了初步分析,并进行了相关的试验和统计分析,特别是对其中主要的影响因素及其影响程度进行了分析,得出并验证了集合与子集的分维数求法及其影响关系,并对将上述理论应用于设计实际的相关问题进行了探讨。

基于PSD的微轮廓测量仪及其控制系统研究

涉及到一种基于 PSD原理的高精度三维轮廓测量仪。X— Y工作台采用了宏驱动与微驱动相结合的工作方式。宏工作台采用步进电机驱动 ,进给精度达 1微米 ;微工作台采用精密压电陶瓷驱动 ,进给精度最小可达 1纳米。这样 ,使得 X— Y测量步距达到 1纳米的条件下 ,测量物件的尺寸范围可以扩大为 2 0 mm× 2 0 m m,不仅适合微小构件的精密测量 ,而且适合较大器件的精密测量 ,且 X— Y方向的位移测量精度最小可达 1纳米。Z方向位移传感器采用激光单点位置探测器 PSD,Z轴方向的位移测量精度达 10纳米。对微轮廓测量仪的控制系统作了程序设计 。

栅格型点云数据的自由曲面建模技术研究

通过研究激光线扫描测量原理以及测量数据类型 ,提出一种有效的数据点平滑处理技术和复杂曲面建模方法 该方法包括三个步骤 :首先对测量点数据平滑处理 ;然后进行特征线提取 ,并以特征线为基础对曲面进行分割 ;最后 ,在每块测量点数据上进行以NURBS为基础的曲面构造 ,并将各曲面进行拼接、裁剪 。

一种硅微多传感器集成研究

为满足小体积、多参数测量的要求,利用(100)晶面的各向异性压阻特性与MEMS加工工艺特性,在单芯片上集成制作了三轴加速度、绝对压力以及温度等硅微传感器,在结构和检测电路设计上最大限度地减小各传感器之间的相互干扰影响。三轴加速度、绝对压力传感器利用压阻效应导致的电阻变化测量外界加速度和压力变化量,温度传感器利用掺杂单晶硅电阻率随温度变化的原理来测量外界温度。集成传感器具有较好的工艺兼容性,加速度、压力传感器的压敏电阻和温度传感器的测温电阻采用硼离子掺杂制作,加速度和压力传感器设计成工艺兼容的体硅结构。研制的集成传感器芯片尺寸为4mm×6mm×0.9mm。给出了集成传感器的性能测试结果。

基于Klarite^(TM)芯片表面增强拉曼光谱法快速检测血清中他克莫司的药物浓度

目的 采用Klarite^(TM)芯片表面增强拉曼光谱技术建立一种快速测定血清中他克莫司浓度的方法。方法 采用Klarite^(TM)芯片表面增强拉曼光谱技测定他克莫司胶囊粉末的拉曼光谱和特征峰,并对各峰进行振动模式归属分析。通过滴涂沉积拉曼光谱(Drop coating deposition Raman, DCDR)技术测定芯片表面他克莫司水溶液及PBS缓冲液溶液中他克莫司的检出限,明确第五代Klarite^(TM)芯片对测定他克莫司浓度的效能。结果 拉曼光谱显示他克莫司在354~396、474、851~917和1 088 cm^(-1)处产生尖峰,在1 265~1 475 cm^(-1)处出现明显的宽峰。他克莫司在蒸馏水和PBS溶液中的检测限分别为0.14μg/mL和2.5μg/mL,定量限分别为0.47μg/mL和8.3μg/mL。他克莫司在蒸馏水中定量检测的回归方程为:Y=52.86X+596.5,他克莫司的浓度在0.1~50.0μg/mL范围内线性关系良好,相关系数为0.890 5;他克莫司在PBS溶液定量检测的回归方程为Y=19.54X+537.8,他克莫司的浓度在5.0~50.0μg/mL范围内线性关系良好,相关系数为0.217 6。在按比例稀释(1∶4, v/v)的人血清溶液中,可检测到他克莫司的拉曼光谱特征峰主要分布在352、488、855、1 135、1 213和1 456 cm^(-1)处,峰值强度均明显减弱,且发生不同程度的频率偏移。结论 本检测方法灵敏度高,操作简单、快速便捷,适用于他克莫司血药浓度的临床监测。

高温压力传感器技术研究

提出的基于MEMS技术的耐高温压力传感器,采用耐高温SOI力敏元件以及梁膜组合设计,保证传感器有较高频响的同时,具有耐平衡高温和瞬时超高温的能力。研制的耐高温压力传感器可以用于0～220℃恶劣环境条件下的压力测量,并能解决1000℃的瞬时冲击。给出了传感器的结构模型和实测数据,得到比较满意结果。

传感器数据证实技术应用研究

传感器技术是现代测试和控制技术的灵魂 ,传感器输出信号的质量关系到整个系统性能的好坏程度。传感器数据证实技术是测控领域中的关键技术之一 ,文中提出了基于神经网络预测器的传感器数据证实技术。首先利用神经网络对传感器输出的时间序列建立预测模型 ,然后利用该模型预测出传感器输出值 ,并用该值与传感器实际输出值之差判断传感器实际输出的可靠性和有效性 ,进而减小不同环境噪声对传感器输出数据的影响。同时 ,为了实现在线应用 ,采用了遗传算法对神经网络的优化技术。实践表明

微型三坐标测量机定位精度的研究

为了提高微型三坐标测量机粗定位平台的定位精度,在不增加新硬件的基础上,构建了由激光干涉仪、工控机和步进电机组成的粗定位闭环控制系统。并给出了步进电机在开环和闭环状态下的定位检测数据。检测结果表明:该系统明显地提高了步进电机的定位精度,满足了系统对于粗定位平台的定位要求。

基于特征线的复杂曲面反求工程中的CAD建模技术

三维轮廓测量技术是实现反求工程的重要手段 ,复杂曲面建模技术是反求工程研究的重点内容。研究了激光线扫描测量原理以及“点云”数据类型。针对栅格点数据 ,提出了一种快速有效的复杂曲面建模技术 ,并以实例说明“点云”数据平滑处理、特征线提取。

MEMS耐高温压力传感器封装工艺研究

为解决特种压力传感器结构的封装难题,提出了三种能够适用于200℃高温条件下的先进封装技术。通过有限元模拟,确定了采用低温玻璃键合技术对多种压力传感器进行封装,分析得出了适合的中间键合层厚度。选定了高强度低膨胀基底合金材料,制定了低温玻璃键合的工艺流程,采用先进的丝网印刷工艺确保中间键合层厚度。实验表明经过该工艺封装的压力传感器在高温下具有可靠的性能,能满足现代工业测量需求。

用AFM探针诱导局域氧化工艺制备纳米样板的研究

本文介绍了纳米测量系统的组成和纳米样板的研究现状 ,讨论了AFM探针诱导局域氧化工艺的原理及其影响参数 ,用该方法进行了一维纳米结构样板的制备 。

新型非硅薄膜网格压力传感器的研究

针对偏瘫病患者身体接触面间的压力分布检测,提出并研发了一种基于压阻效应的新型非硅薄膜网格压力传感器。它利用实心柱式压力传感器检测原理,通过丝网印刷工艺制作而成,具有准确、快速、高效、直观、超薄、耐用、可重复使用等特点;总测量厚度为0.32mm。制品测试分析表明该传感器能够快速直观地检测出接触面间的压力分布。同时,新型非硅薄膜网格压力传感器也为生物医疗、康复和汽车等领域提供了新的研究手段。

环形金刚石线锯切割镍钴合金的试验研究

基于环形电镀金刚石线锯切割硬脆材料的工艺特点,对张紧力、锯丝速度等切削参数进行分析并确定合理的取值范围。通过环形电镀金刚石线锯切割镍钴合金正交试验,为环形电镀金刚石线锯的工艺参数选择提供了一定依据。在测量切割工件表面粗糙度的基础上,分析了锯丝速度、张紧力和进给速度等参数对切割工件表面粗糙度的影响。结果表明:张紧力对粗糙度影响最大,张紧力越大粗糙度越小,但张紧力增大到一定值后其影响变得很小;表面粗糙度随着锯丝速度的提高而下降,但锯丝速度过高会降低锯丝使用寿命;进给速度越小则表面粗糙度越小,但过低的进给速度会降低切割效率。

分布式光纤传感器在管道泄漏监测中的应用

提出了一种利用分布式光纤传感器对输送管道泄漏进行实时监测的技术 .输送管道发生泄漏、管道附近的机械施工和人为破坏等事件产生的振动、压力或温度变化信号作用于光纤时 ,光波在光纤中传输时产生的损耗具有不同的信号特征 .分布式光纤传感器可以同时获取损耗的空间分布及其随时间的变化 .在入射端利用光时域反射技术和在输出端利用光功率检测 ,可实现光纤上各点静态与动态损耗的测量和定位 .计算机通过对数据进行分析和融合 ,根据信号特征判断并准确定位管道泄漏等事件的发生 。

大行程纳米分辨率加载机构的研制

对微构件力学性能测试的微力微位移装置的重要组成部分———大位移高分辨率加载机构进行了研究。根据微力微位移装置的要求 ,提出了一种通过结构变形进行加载的整体式两级加载机构 ,该机构的第一和第二级分别通过压电陶瓷驱动器和直线电机进行加载 ,输出位移通过电容测微仪检测。加载机构的第一级是一个位移放大机构 ,采用柔性铰链连接的杠杆放大 ,第二级通过柔性杆进行输出位移的缩小。采用遗传算法优化设计了两级整体式结构 ,用有限元进行分析 ,并对加载机构的第一级进行了实验。有限元分析和实验结果表明 ,所设计的结构能够实现最大 1mm的输出位移 ,并在压电驱动器和直线电机的驱动下 ,获得小于 10nm的理论位移增量和纳米级位移分辨率。该机构还满足了最大加载力 2 0N的要求。

基于小波变换的激光光刀图像去噪技术

介绍了激光线扫描测量系统的测量原理 ,以及图像去噪处理在系统中的必要性 ;以现代数学小波分析为依据 ,提出了基于小波变换的激光光刀图像去噪技术 通过实验与分析 。

纳米测量及纳米样板

介绍了纳米测量系统的组成以及纳米样板的研究现状 .提出了两种制备纳米结构样板的方法 :Si基底上的原子力显微镜 (AFM )探针诱导阳极氧化工艺和Au膜上的AFM探针机械划刻工艺 .