微机械加速度计自动测试系统

为了精确、高效地测量微机械加速度计的各项性能指标,并尽可能地降低地线干扰,系统采用DAQ-2213数据采集卡采集加速度计输出电压,使用多个独立电源及差模接法来降低地线干扰;温度敏感元件采用Pt100,电阻到电压变换电路采用三线制接法,选择PCI-(A)9114数据采集卡采集变换电路输出的电压值;采用Labview7.0接口函数实时显示加速度计输出电压和温度值,并输出有图表的Word文档.系统经过标定,输出电压精度为40 μV,温度精度为0.277℃.实验表明,系统能实时测量微机械加速度计的输出电压和温度值,而采用独立电源和差模输入可有效减少各路信号之间的干扰.     

精密高压电源介绍

精密高压电源主要用于为高精度光电倍增管直流供电。仪器采用它激式高频直流变换原理，采用大幅度高稳定电压基准、高增益比较放大器、大功率V-MOS管做功放、电感和电容双蘑滤波电路以及一系列补偿措施，输出电压宽范围连续可调，具有较高的稳定性，消除了振荡和开机过冲。输出电压300-3000V，输出电流4～10mA，输出电压稳定度好于0．1％，     

电荷平衡和自动跟踪型加速度计电流数字转换

针对惯性导航系统现有加速度计电流信号转换电路的不足,提出了一种基于电荷平衡和自动跟踪原理的加速度计电流数字转换方法（CDC）,从工作原理上大幅提升转换电路性能。CDC对输入电流和反馈跟踪电流积分输出误差电压,依据该误差电压实时调整其数字输出d以及与d成比例的反馈跟踪电流,实时反馈控制使误差电压稳定在0附近,实现输入电流和反馈跟踪电流二者电荷平衡。设计了单路CDC电路用于原理验证和性能测试。实验表明,±40 mA电流范围内CDC电路标度因数不对称性优于5 ppm,非线性优于10 ppm,电流分辨率优于0.5 nA,动态范围大于164 dB;采用查找表技术补偿后-40℃～+60℃温度区间零偏变化小于30 nA、标度因数变化小于20 ppm,且各性能指标均有较大改善空间。电荷平衡和自动跟踪型加速度计电流数字转换技术具有动态范围大、精度高、分辨率高、易补偿等优点,具有非常好的应用前景。     

双稳态压电俘能器的簇发振荡与俘能效率分析

本文从理论上分析了双稳态压电俘能器在高频激励下的动力学行为和低频激励下的簇发振荡, 旨在为系统找到多条高能轨道从而提高俘能效率. 首先, 介绍了双稳态压电俘能器的结构以及一般模型. 与工程上研究俘能器的目的不同, 本文主要从动力学方面分析了俘能器的运动, 电压输出与效率, 包括高频激励下系统的低能阱内周期运动、阱间混沌运动等, 并说明了单个低频激励下双稳态压电俘能器会在阱间高能轨道上发生簇发振荡, 但在阱内低能轨道上只做周期运动. 同时, 结合振幅以及势阱深度等因素对簇发振荡的存在性和强度进行分析. 为了说明高能轨道与低能轨道对系统俘能效率的影响, 讨论了不同的等效阻尼、负载电阻下俘能器输出电压的变化, 找到了最优匹配. 最后, 对于多个低频外激励的情况, 从不同的轨道组合模式上得到了双高能簇发振荡模式输出的电压最大, 其次是单高能簇发振荡与单低能周期振荡的组合模式, 输出电压最低的是双低能周期振荡模式. 并与单个外激励进行对比, 表现了多个激励的良好性能.      

电爆炸丝断路开关性能实验研究

详细研究了初始能量、电爆炸丝截面积和丝长度等参数对含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统输出电流、电压的影响,并将实验结果与数值模拟结果进行了比较,给出了相关的结果。实验结果表明初始能量爆炸丝参数对丝电流、丝电压的影响有一定的规律。     

电桥相位自动平衡的一个理论

本文提供了关于电桥相位自动平衡研究的主要结果。它从四臂都有电容影响的普遍情况出发,导出应变仪可能遇到的两种接地形式共十种工作情况的交流电桥的输出电压计算式,并归结为一个统一形式的公式;从四元函数求极值原理,找出了产生最大误差的条件。这个结果建立了实现应变仪电桥相位自动平衡的理论基础,确定了设计方法、使用中应注意的事项、以及提高精度的途径。文中列出一种已实现相位自动平衡的变压器电桥静态应变仪的电路方框图。     

湿度对骨内压电信号的影响

对不同相对湿度下的骨压电电压和压电电荷信号进行测量研究,来考察湿度对骨压电信号的影响.采用三点弯曲干骨试样,以梯形脉冲载荷的方式进行加载,分别应用超高输入阻抗的生物信号放大器和电荷放大器测量了三种不同相对湿度下的骨压电电压和压电电荷信号波形.结果表明,骨压电电压峰值随湿度的增加而下降很快,当湿度从30%增至60%时,电压降幅达到了80%左右;基于测试原理的不同,骨压电电荷也随湿度的增加而下降,其降幅较小.由此可以推断,骨在体内湿润的状态下,受力变形时压电电压幅值可能趋于零.电荷的产生和瞬时泄放有可能是骨在体内的动态载荷作用下的压电效应的表现形式.     

RLC串联电路与微梁耦合系统的吸合电压与电振荡

根据电阻电感电容RLC电路与微梁耦合系统物理模型,利用拉格朗日-麦克斯韦方程建立了反映RLC电路与微梁机电耦合特征的数学模型。此模型能够反映机电的耦合特征。当两个极板之间的电介质为石蜡、陶瓷、云母等填充物时,只需求解RLC串联电路方程;当电路中放电结束瞬间,电容器极板上电荷为零,此时系统转化为极板微梁振动系统。通过伽辽金方法推导出了极板微梁系统的非线性振动方程,并求得了极板的吸合电压;应用常微分方程理论得到了RLC串联电路方程电振荡的解析表达式,分析了系统的电振荡特性。研究结果表明:对于每一个激励电压值,极板都有两个可能的平衡位置;电路中电流在非共振情况下经过一段时间的振荡后达到稳定。     

消除电阻应变片大应变测量计算误差的算法研究

利用电阻应变片进行应变测量,特别在大应变测量时,测试电路输出电压与应变片应变并不是简单的线性关系.为减少或消除计算误差,提出按测试电路输出电压与应变片应变的非线性关系进行精确计算应变值,并提出了相应的改进算法应变计算公式,在单臂应变计感受应变测量场合,对大应变和小应变测量均适用,无计算误差,并得到了实验论证.同时提出了考虑应变片灵敏度系数修正和长导线电阻修正的改进算法应变计算公式,非常容易通过软件实现,可广泛应用于科学实验和工程测量.     

旋转加速度计重力梯度仪前放电路的分析与设计

根据旋转加速度计重力梯度仪的测量原理,其前放电路可以分为电流放大、求和运算、求差运算和带通滤波四个功能部分。首先推导了将电路输出噪声折算到重力梯度仪输入端的计算方法;其次分析了前放电路是电路噪声的主要来源,并以低噪声为前放电路的首要设计目标,研究了前放电路增益和运放的噪声指标之间的关系,比较了10-8¹0-11g各个精度级别的加速度计对电路增益和运放噪声指标的最低需求。最后通过对研制的前放电路的试验测量证明了分析的合理性。     

悬臂梁挠曲电俘能器的力电耦合模型及性能分析

挠曲电效应指应变梯度在电介质中引起的电极化现象,是一种普遍存在的力电耦合行为。应变梯度与材料的尺寸成反比,因此挠曲电效应有望在纳米尺度主导材料的物理性质,尤其是力电耦合性能。本文建立了悬臂梁挠曲电俘能器的理论模型,基于哈密顿原理得到了悬臂梁挠曲电俘能器的控制方程和相应的边界条件;进一步,得到了悬臂梁挠曲电俘能器的输出电压频率响应和功率密度频率响应随悬臂梁的振动频率、外电路阻抗、挠曲电层厚度以及弹性层模量的变化规律。聚偏氟乙烯和环氧树脂层合挠曲电悬臂梁俘能器模型的数值结果表明输出电压频率响应和功率密度频率响应在共振频率点取得最大值,且随着各阶模态对应的共振频率的增加悬臂梁挠曲电俘能器的输出电压和功率密度均增加。此外,计算结果还表明悬臂梁俘能器存在最佳匹配阻抗,在匹配阻抗附近悬臂梁俘能器的输出功率密度随挠曲电层厚度的减小而增大,表现出明显的尺寸效应。本文工作提供了一种基于挠曲电效应的悬臂梁俘能器的理论模型,为悬臂梁俘能器的设计提供了理论依据。     

悬臂梁挠曲电俘能器的力电耦合模型及性能分析

挠曲电效应指应变梯度在电介质中引起的电极化现象，是一种普遍存在的力电耦合行为。应变梯度与材料的尺寸成反比，因此挠曲电效应有望在纳米尺度主导材料的物理性质，尤其是力电耦合性能。本文建立了悬臂梁挠曲电俘能器的理论模型，基于哈密顿原理得到了悬臂梁挠曲电俘能器的控制方程和相应的边界条件；进一步，得到了悬臂梁挠曲电俘能器的输出电压频率响应和功率密度频率响应随悬臂梁的振动频率、外电路阻抗、挠曲电层厚度以及弹性层模量的变化规律。聚偏氟乙烯和环氧树脂层合挠曲电悬臂梁俘能器模型的数值结果表明输出电压频率响应和功率密度频率响应在共振频率点取得最大值，且随着各阶模态对应的共振频率的增加悬臂梁挠曲电俘能器的输出电压和功率密度均增加。此外，计算结果还表明悬臂梁俘能器存在最佳匹配阻抗，在匹配阻抗附近悬臂梁俘能器的输出功率密度随挠曲电层厚度的减小而增大，表现出明显的尺寸效应。本文工作提供了一种基于挠曲电效应的悬臂梁俘能器的理论模型，为悬臂梁俘能器的设计提供了理论依据。     

柔性薄膜太阳能电池的力电参数测试

为了解柔性薄膜太阳能电池的力学性能及其在受力状态下光电性能的变化,本文选择美国Konarka公司生产的柔性薄膜太阳能电池作为研究对象,通过拉伸试验的方法对该种电池的力学参数指标进行测定,并对其在拉应力影响下电池输出电压的变化进行了研究。实验结果表明:所研究的柔性薄膜太阳能电池在平行电池条方向上的弹性模量、拉伸强度要优于垂直电池条方向,并且两个方向上的电池破坏形态也有较大区别。同时,柔性薄膜太阳能电池在拉应力作用影响下,两个方向上输出电压的变化也有明显区别。研究结果对柔性薄膜太阳能电池在建筑、汽车、航空等领域的应用提供了一定的参考依据。     

Modeling and analysis of piezoaeroelastic energy harvesters

This work investigates the influence of structural and aerodynamic nonlinearities on the dynamic behavior of a piezoaeroelastic system. The system is composed of a rigid airfoil supported by nonlinear torsional and flexural springs in the pitch and plunge motions, respectively, with a piezoelectric coupling attached to the plunge degree of freedom. The analysis shows that the effect of the electrical load resistance on the flutter speed is negligible in comparison to the effects of the linear spring coefficients. The effects of aerodynamic nonlinearities and nonlinear plunge and pitch spring coefficients on the system’s stability near the bifurcation are determined from the nonlinear normal form. This is useful to characterize the effects of different parameters on the system’s output and ensure that subcritical or “catastrophic” bifurcation does not take place. Numerical solutions of the coupled equations for two different configurations are then performed to determine the effects of varying the load resistance and the nonlinear spring coefficients on the limit-cycle oscillations (LCO) in the pitch and plunge motions, the voltage output and the harvested power.     

多毛细管电雾化喷洒模式及稳定喷洒特征研究

通过采用传统的金属毛细管搭建了多喷管电雾化实验装置.初步获得了多管道电雾化喷洒的各种模式.并比较了乙醇在单、多管道条件下"锥-射流"模式喷洒的两个重要指标:稳定喷洒的起始电压和电流-流量关系.尽管结果显示由于加工/装配过程中的差异,各管道之间的喷洒状态会存在一定差异;但两种条件下的锥-射流喷洒模式服从相似规律:(1)稳定喷洒起始电压(V_C)与Taylor锥半锥角(θ)余弦的1/2次方成正比;(2)多管电雾化总电流(I)与流量(Q)的1/2次方成正比.它表明在常规尺度下,稳定电雾化喷洒射流的主要影响因素为锥-射流过渡区内液体界面上的极化电荷,而外界工作电场分布对稳定喷洒雾化效果影响较小.     

纵扭复合型超声电机预压力和输出扭矩的关系

建立了纵扭复合型超声电机定子和转子之间的接触模型,根据模型讨论了预压力、纵振激振电压、扭振激振电压、摩擦力及电机能提供的最大扭矩之间的关系。指出在一定的条件下,施加某一预压力时电机的输出扭矩最大。所得计算结果和实验结果基本吻合。     

Saddle-node bifurcation in the buck converter with constant current load

Occurrence or non-occurrence of saddle-node bifurcation in a buck converter with constant current load under current or voltage mode control is analyzed. The bifurcation critical conditions are derived. The required compensating ramp slope to avoid the bifurcation is also derived. The derived condition is useful to design a stable buck converter as a light emitting diode (LED) driver to avoid the bifurcation. The bifurcation occurs only in some control schemes. When the control scheme makes the converter operate like a current source, the bifurcation occurs. When the control scheme makes the converter operate like a voltage source, the bifurcation does not occur.     

Effects of nonlinear piezoelectric coupling on energy harvesters under direct excitation

A nonlinear analysis of an energy harvester consisting of a multilayered cantilever beam with a tip mass is performed. The model takes into account geometric, inertia, and piezoelectric nonlinearities. A combination of the Galerkin technique, the extended Hamilton principle, and the Gauss law is used to derive a reduced-order model of the harvester. The method of multiple scales is used to determine analytical expressions for the tip deflection, output voltage, and harvested power near the first global natural frequency. The results show that one- or two-mode approximations are not sufficient to produce accurate estimates of the voltage and harvested power. A parametric study is performed to investigate the effects of the nonlinear piezoelectric coefficients and the excitation amplitude on the system response. The effective nonlinearity may be of the hardening or softening type, depending on the relative magnitudes of the different nonlinearities.     

Systematic generation of higher-order solitons and breathers of the Hirota equation on different backgrounds

In almost all real-world application such as electric vehicles, system outputs are corrupted by various types of noises. Although the sliding mode controller is a popular controller in the electrical vehicle applications, it is vulnerable to the noisy signals, and even intensify its unwilling effects. In this paper, to eliminate process noise and stabilize the vehicle in noisy conditions, a minimum variance controller is utilized. It is shown that this controller is able to decrease the system output variance, optimally. Besides, it can track yaw rate and velocity reference inputs. Also stability condition is reached. Furthermore, decreasing control signal variance along with output variance is studied in this paper. Finally, the proposed approach is compared with sliding mode controller in noisy condition on four wheel drive electric vehicle which is simulated in MATLAB and CARSIM environments.