具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。      

声悬浮过程的激光全息干涉研究

利用二次曝光全息干涉术实现了对单轴式声悬浮声压场的研究.分别拍摄了悬浮不同物体和 不同输出功率情况下声悬浮场的多幅全息图，并进行了对比分析.结果表明，实验中获得的 声压分布图样与由声波动方程获得的理论声压分布基本一致，其相应中轴线的强度分布也具 有很好的一致性.与以往的声场测量方法相比，二次曝光法非接触、无干扰及全场测量的优 势在声悬浮场测量中得以充分体现，该方法的引入不但简化了声悬浮场测量的实际操作，而 且可以更直观地获得全场信息，为优化声悬浮系统提供了实验依据. 关键词： 全息干涉术 二次曝光法 声悬浮 谐振     

驻波声悬浮中对悬浮小物件的操控研究

基于单轴式声悬浮仪结构,对声悬浮装置进行改进并进行实验.基于声学理论,定量推出的驻波形成的条件,对影响装置悬浮能力的频率、电压、悬浮物大小和密度等多种变量进行研究,使得悬浮能力得以提升,并对单个悬浮小球运动和所有悬浮小球整体运动的操控程度进行研究,最后利用COMSOL软件模拟仿真,进行进一步验证.     

一维单轴式超声悬浮的实验研究

由声波发射端和反射端构成超声谐振系统,其发射端和反射端间形成超声驻波.在波节处声辐射压的合力可以悬浮微重力样品,称为单轴式超声悬浮;是一种有望成为具有应用价值的无容器处理技术.作者在参加物理第二课堂活动中,对此作了初步的实验研究,成功地悬浮起发泡材料等小物体以及蚂蚁等小动物,并观察研究了它们的悬浮姿态.     

低频驻波声悬浮仪器的设计与定量研究

以单轴式声悬浮仪结构为基础,改变传统超声频率信号,使用低频信号实现物体在谐振腔内的悬浮,同时结合声学理论,定量分析出物体声悬浮的条件及悬浮的稳定区,利用驻波共振法测量声速。结合自制教具的特点,将水平放置的声悬浮仪改进后,还可用做驻波形成的演示性仪器,通过改变输入信号频率,观察谐振腔内驻波的形成及悬浮物体在波腹位置的振动状态,提高实验教学的演示性。该套装置制作简单,操作简便,既可作为实验演示教学也可作为定量探究实验。     

声悬浮条件下环己烷液滴的蒸发凝固

采用单轴式声悬浮方法研究了环己烷液滴的蒸发过程,发现环己烷液滴的蒸发可以使自身温度降至熔点以下并发生凝固.高速摄像实时观测表明,环己烷晶核开始形成于液滴赤道附近,并以枝晶方式长大,平均生长速度为12.5-160.4 mm/s.进一步研究发现,声悬浮条件下平均Sherwood数与平均Nusselt数的比值Sh/Nu是在自然对流条件下的1.3倍,这表明声流边界层有效提高了环己烷液滴的蒸发速率而对传热的促进作用相对较小,因而可以使液滴降至更低温度,进而发生凝固.据此,提出了挥发性液体在声悬浮条件下发生蒸发凝固的必要条件. 关键词： 声悬浮 声流 环己烷 蒸发凝固     

双凹球面相控聚焦超声波场的产生与可视化

超声相控阵技术在声悬浮中有十分重要的价值,相较于传统的一维单轴声悬浮装置,本文在凹球面双发射极超声阵列的基础上引入相控聚焦原理,产生了声悬浮能力较强的声场,重点研究了声场的仿真模拟与可视化验证.首先,介绍了自发设计的凹球面双发射极超声阵列结构,阐述了相控聚焦原理、超声驻波悬浮机理、声压与声辐射力等声学理论.然后,根据理论分析结果,借助COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,仿真模拟相控聚焦超声波场.产生该声场的各超声波换能器相位可单独控制,通过相位的实时变化,可使声场进行动态聚焦,实现微粒的悬浮与任意轨迹移动.最后,使用单反射纹影系统实现了该声场的实时可视化,与仿真结果进行比较,证实了凹球面双发射极超声波装置相控聚原理的准确性.     

声悬浮的实验研究和数值模拟分析

介绍了自行研制的一种磁致伸缩式单轴超声悬浮装置,用此装置实现了尺寸1—7mm的若干种金属、半导体和有机物在空气中的稳定悬浮和定位,可悬浮样品的密度高达11.3g/cm³.为了优化谐振腔设计,采用边界元方法结合两类不同结构的谐振腔模型研究了谐振腔几何形状对声场分布以及悬浮定位能力和悬浮稳定性的影响. 关键词：     

声悬浮对超声减摩的影响

考虑了大气中的声悬浮效应,建立起摩擦付的动力学模型。用该模型计算了声悬浮对超声振动减摩的影响。并用已有的实验装置,分别在真空和大气条件下检测了声悬浮对摩擦付间相对接触时间的影响。理论和实验均证明当摩擦付间的预压力较小时,声悬浮的影响是不可忽视的。     

声悬浮及声速测定实验仪的设计

《声速测定》是大学物理实验中比较普遍的一个综合性实验。在声速测定实验仪的基础上,改进了信号源,并制作了声悬浮配件,使其实现既可以用多种方式测量声速,又可演示声悬浮实验现象。声悬浮及声速测定实验仪悬浮稳定性强,声速测定准确,仪器造价低,使用方便,这样设计节省了实验室资源和空间。     

空间高频交变磁场对超导块材悬浮力影响研究

高温超导磁悬浮装置,如磁悬浮列车和磁悬浮轴承在高速运行时,空间磁场交变及不均匀性扰动会引发超导块材内部损耗并影响性能,传统均匀时变磁场实验研究及仿真模拟无法满足实际工程应用情况.本文通过设计不同永磁阵列得到不同波形,在高速系统驱动下得到不同交变频率下超导块材损耗特性,发现全波型损耗较半波型损耗高,并研究了不同磁场构型悬浮力衰减特性,可为高速超导磁浮应用提供实验依据.     

PHYSICAL CHARACTERISTICS OF ELECTROMAGNETIC LEVITATION PROCESSING

Electromagnetic levitation has developed from a pure physical phenomenon into a practical containerless processing technique in the fields of both applied physics and materials science. In order to obtain a better understanding of this processing technique, two typical levitation coils were designed and the physical characteristics in levitation droplets suspended in these two coils, such as electromangetic field, levitation force field, total levitation force, and power absorption, were analyzed numerically and calculated in this paper. It was found that the eddy current density, together with the magnetic flux density and levitation force density, increases rapidly with radius as it approaches sample surface. The maximum levitation force produced by coil A is larger than that of coil B, whereas the levitated sample can obtain less power absorption at the equilibrium position in the former coil than that in the latter one. Moreover, the calculated results also demonstrated that the levitation ability decreases as the atomic number increases. The larger the material's electrical resistivity, the easier the samples can obtain more power absorption.     

静电悬浮技术研究进展

利用静电悬浮技术可使各种材料处于稳定的悬浮无容器状态,达到深过冷,并对材料的熔凝过程进行实时观测.文章介绍了静电悬浮技术的机理及其在材料科学研究中的应用,并展望了它的发展方向.     

Aerodynamic levitation and laser heating:

Aerodynamic levitation is an effective way to suspend samples which can be heated with CO₂ lasers. The advantages of this containerless technique are the simplicity and compactness of the device, making it possible to integrate it easily in different kinds of experiments. In addition, all types of materials can be used, including metals and oxides. The integration of aerodynamic levitation at synchrotron and neutron sources provides powerful tools to study the structure and dynamics of molten materials. We present here an overview of the existing techniques and of the developments made at the CEMHTI in Orléans, as well as a few examples of experimental results already obtained.     

左手性材料研究进展

综述了左手性材料的理论与实验研究方面取得的最新进展．采用电磁理论分析了左手性介质的基本性质；阐述了用左手性介质制作的平板透镜进行实现超衍射分辨率成像的机理；介绍了在人工构造左手性材料方面所取得的实验进展．     

半导体微结构物理效应及其应用讲座第1讲布拉格衍射效应在半导体光电子器件中的应用与发展

文章对布拉格衍射效应在半导体光电子材料和光电子器件，特别是在光纤通信中的光电子器件的应用和发展进行了详细的介绍．文中以布拉格光栅衍射效应的光反馈和选模功能为主线，逐一介绍了X射线双晶布拉格衍射技术在半导体材料、特别是在量子阱和应变量子阱超薄层晶体生长和质量控制方面的作用，介绍了内建布拉格光栅对光通信用光信号源的发展所起的重要作用，波导光栅在复用和解复用过程中的作用，以及光纤布拉格光栅在全光纤通信系统中的应用及发展等．     

垂向磁场变化量对高温超导块材悬浮力特性的影响

高温超导体因其无源自稳定的特性,受到许多学者的重视,具有广阔的应用前景.目前针对高温超导块材悬浮性能的研究主要集中于由永磁体产生的低磁场环境.本文基于超导磁体平台提供的强磁场环境,通过改变高温超导块材不同的场冷高度,实验研究了高温超导块材悬浮力与垂向磁场变化量的关系.研究结果表明随着垂向磁场变化量的增加,高温超导块材的悬浮力增长趋缓,并最终出现悬浮力饱和的现象.本文还对比了YBCO 和Gd-BCO 两种不同材料超导块材的悬浮性能,结果发现GdBCO 的悬浮力在强磁场环境中表现出更大的潜力.这为高温超导磁浮在强磁场中的应用奠定了基础,通过更加合理地调节磁场的分布,可以更好地发挥高温超导块材的悬浮性能潜力     

抗磁性物质磁悬浮可行性分析及实现

从理论和实验上说明石墨、铜等抗磁性的"非磁"物质在磁场中也受到磁场的作用力.实验中尝试了各种不同类型的永磁体序列,并利用4块一组的永磁铁序列产生梯度场,使磁铁表面上方产生可供抗磁性物质悬浮的稳定区域,成功实现了石墨的悬浮.此外,还利用顺磁性溶液及电磁铁实现了氧化铝和硅的悬浮.     

面向超导钉扎磁浮的液氮液位检测方法研究现状

高温超导钉扎磁浮制式以悬浮导向一体化、自稳定、无需控制等优势得到了越来越多的关注.与其他磁浮制式不同,高温超导钉扎磁浮制式采用块状高温超导材料作为车载悬浮体,需要低温液体液氮作为悬浮单元的制冷剂,冷却方式为浴冷,因此实时监测液氮液面,保证液面平稳是未来超导钉扎磁浮车运行维护的首要需求.本文从车载高温超导YBaCuO块材所需的液氮环境及其配套的液氮容器功能和结构出发,结合我们近期的基于卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)滤波算法的铂电阻传感器液氮液位计研究工作,对6种低温液位检测方法的基础原理、特征及检测精度的对比分析,总结示出包括铂电阻阵列方式在内的3种适用于超导钉扎磁浮列车在线检测系统的液氮液位检测方法,用于推进我国2021年1月13日正式启用的高温超导钉扎高速磁浮工程化样车应用发展.     

磁性材料进展

磁性材料大体上分为两类 :其一为铁磁有序的金属磁性材料 ;其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料 .5 0年代以前 ,金属磁性材料占绝对优势 ;5 0年代以后 ,非金属磁性材料发展成为磁性材料的主流 ,除电力工业用的高饱和磁化强度FeSi合金外 ,铁氧体几乎应用于各个领域 .历史似乎按螺旋形的方式发展 ,90年代后 ,金属磁性材料又以新的面貌出现 ,3d (4f,4d ,5d ,5f… )合金与化合物、非晶、纳米微晶磁性材料重领风骚 ,其性能远超越铁氧体 .纳米磁性材料将成为新的功能材料 .文章重点介绍了永磁材料与软磁材料 ,其他如磁记录材料、磁致冷材料、磁致伸缩材料等将作简单介绍 .