双H型石英陀螺电容耦合分析与电极优化设计

双H型石英陀螺的音叉结构具有电极工艺简单的优点,但该陀螺的电容耦合噪声比H型石英陀螺的电容耦合噪声大.为减小电容耦合噪声,分析了双H型音叉的电容耦合噪声的影响和产生机理,采用ANSYS软件分析电容耦合噪声.在驱动电极上加载电压载荷,采用静态分析功能,在后处理器P0ST1中获取敏感电极的电荷量,利用电压和电荷的关系获取检测电极的耦合分布电容,采用这一指导原则,设计了一种新电极分布的音叉;通过仿真和测试对比了新电极和旧电极音叉的耦合分布电容,测试结果表明,新的电极设计的耦合电容值为旧电极的耦合电容值的50％左右.介绍了一种新的电极结构的双H型石英陀螺,并给出耦合电容的仿真分析及测试方法,该方法可以指导石英陀螺电极设计.     

静电悬浮加速度计反馈引起闭环点漂移机理及抑制方法

静电悬浮加速度计的检测质量闭环点位置偏离电极框中心时会造成系统非线性误差,调整检测电路输出电压可调整检测质量闭环点,而在调整过程中发现反馈电压变化会引起电容检测电路输出电压漂移,从而影响闭环点调节精度。为解决此问题,研究了闭环点位置与检测电路输出电压变化的关系,推导了检测电路传递函数,初步确定了反馈电压对检测电路输出电压影响的原因是隔直电容选取不恰当,通过实验对比了材料为C0G、Y5P、X7R及SL的多层陶瓷电容作为隔直电容时输出电压与反馈电压关系。实验结果表明:采用低温漂、耐高压和受频率影响小的C0G电容作为隔直电容能够消除反馈对检测电路引起的输出电压漂移,从而消除调节闭环点过程中闭环点位置的漂移,并且能提高检测电路稳定性。     

一种紧凑型快前沿Marx发生器的设计

介绍用电感器作为充电和接地器件的10级、300kV、纳秒上升时间气体绝缘Marx发生器的结构设计及电场分析。设计的中心引出触发极环形场畸变开关可以实现发生器建立。为了减少建立时间,设计了与主电极一体的对地增容电极。采用电容器并联同轴结构降低树立电感。为进一步加快前沿,设计了水介质锐化电容。模拟结果表明,发生器可以输出上升前沿为5ns,电压为300kV的脉冲。     

八电极静电陀螺仪的非线性建模及控制参数优化

考虑扰动作用下转子相对于电极腔中心可能存在较大范围运动,建立了八电极结构静电陀螺仪四轴斜坐标系下三阶转子-电极电容模型,同时结合转子在电场力和重力作用下的动力学模型,实现具有非线性特征的静电支承控制模型。在此基础上探讨了转子偏离电极腔中心时加力控制信号对位移测量信号的影响,并建立了基于抵消机制的位移测量模型。另外采用Simulink Response Optimization工具箱优化了控制器参教。离线仿真实验表明,设计的支承控制器在转子较大偏离电极中心时,仍能确保转子的定中性。     

测量脉冲大电流的双光路光学电流传感器技术

提出了双光路光学电流传感器检测方法及其数据处理方法，即激光输出功率保持不变时，可采用双光路结构和反正切函数处理方法求出待测脉冲大电流。采用双光路光学电流传感器和罗果夫斯基线圈对比测量了充电电压为18 kV、电容为31.8 F的电炮的短路电流，两种测试方法的实验结果取得了较好的一致性,证明了双光路光学电流传感器的有效性。     

5kV四路充电控制触发系统

介绍一种适用于爆轰实验脉冲光源驱动的5kV四路充电控制触发系统的工作原理和方法。系统的四路各自独立,即可单独工作又可同时启动。采用晶闸管移相调压方式,将电容电压反馈信号与预值充电电压比较形成闭环负反馈自动控制系统,实现了充电电压的高精度控制,使系统的稳定性和使用寿命得到提高。设计了较为完备的自动保护功能,过压时,系统自动切断主充电回路。     

柔性触觉传感器的研制

本文研制了一种柔性电容式触觉传感器,用来实现对法向力与切向力的测量。该传感器采用超弹性柔性电极,与传统金属电极相比具有更高的灵敏度与柔韧性。传感器采取了上下两层的四电容结构,从而对三个方向的力有不同的灵敏度,并通过对外力作用所引起的四个电容值变化进行组合运算实现对外力的检测。通过一系列实验测试了传感器的输出特性,实验结果表明传感器可以实现对法向力与切向力的测量。其中,x,y,z三个方向力的灵敏度分别可以达到2.356pf/N、2.122pf/N和0.243pf/N。此外,通过对传感器的拉伸测试表明,所研制的柔性电极传感器可以承受大于25%的拉伸率而不被损坏,而普通金属电极传感器则最大只能承受3.13%的拉伸率。     

用磁性探头检测承受偏心载荷的开口钢环的应力分布

用磁性探头测量了45~#钢制开口环在承受偏心载荷作用下的应力分布,与有机玻璃试样的光弹检测结果基本一致.本工作将探测到的感生电压积分,直接获得磁感强度峰值与待测应力的函数关系.实验证实,在较宽的应力范围内,二者有较好的线性关系,易于作应力标定。     

电极面积对介电弹性体薄膜电致起皱影响的实验研究

介电弹性体(dielectric elastomers,DE)薄膜在其自身的应变能和外加电场能的相互作用下既能实现大的电致变形,也容易发生失稳起皱。对于单轴预拉伸的介电弹性体薄膜,电极的长度是决定其电致变形的重要参数,同时也可能是影响薄膜起皱的关键因素。为了确定以及量化该影响,本文实验测量了不同电极长度下薄膜的临界起皱电压。同时为了分析薄膜的褶皱特征,测量了不同电压下的褶皱波长。实验结果表明:电极宽度对介电弹性体薄膜的起皱有较大影响;随着电极长度逐渐增大,薄膜的临界起皱电压呈现出先快速减小,随后相对稳定,最后又逐渐升高的趋势。而其褶皱波长随电压升高逐渐减小。实验结果显示,褶皱分布在电极及电极附近,据此分析认为,薄膜的起皱是一种局部效应,电极区与非电极区的相互作用与能量传递对其有较大影响。实验中通过铜丝搭接的方式引出电极能有效解决电极引出线的附加刚度影响薄膜起皱的问题,可为相关实验提供技术参考。     

不同环境下气泡脉动特性实验研究

水下爆炸气泡对舰船结构造成严重的毁伤, 海上实船爆炸实验是考核水下爆炸气泡对舰船毁伤威力最直接、最有效的方法, 然而真实情况的舰船水下爆炸实验难以进行.为此, 在已有研究成果的基础上, 设计实验电路, 利用电容在相对较低的电压下放电打火产生的电火花气泡来模拟水下爆炸气泡, 设计多组实验工况来模拟气泡在不同环境下的运动特性. 研究气泡在不同环境下的脉动特性、射流特征, 揭示一些特殊的实验现象, 总结环境对气泡运动的影响规律.      

一种微机电非线性耦合系统奇点稳定性研究

工程中许多微机电系统都采用电容驱动原理，这类结构实际上存在着强烈的静电和机械两个物理场的非线性耦合，因此系统的动态特性比较复杂。本文基于一种扭转微镜系统，通过数值分析方法，研究其非线性动态特性，根据理论分析和数值计算证明该系统在相平面中存在两个奇点，一个是稳定中心，一个是鞍点，且两个奇点位置均随施加电压的变化而逐渐靠近，从而得出系统的静态分叉点；同时分析了有阻尼和无阻尼时电压的变化对相轨道的影响，以及阻尼对吸合电压的影响，吸合电压随阻尼的增大而提高，这些研究结果不仅对扭转微镜的设计和应用提供了理论和方法，而且对用电容驱动的微机电系统的设计亦有参考价值。     

基于静电悬浮转子的硅微陀螺技术

设计了一种转子采用五自由度静电悬浮的微机械陀螺。微陀螺基于玻璃-硅-玻璃键合的三明治结构、环形转子、体硅工艺、电容式位移检测方案;采用公共电极施加高频激励信号,基于隔离网络和频分复用的方法实现检测电极与加力电极的复用以简化陀螺结构;通过有源静电悬浮系统约束环形转子沿五自由度的运动,并提供足够的支承刚度;转子的转速控制基于三相可变电容式电机驱动方式,借助于检测转子与定子旋转电极的电容变化获得转子速度以实现转速闭环控制。目前已加工出基于深反应离子刻蚀工艺的微结构,采用基于DSP的数字控制器实现了环形转子的五自由度稳定悬浮。     

超声瑞利波测试材料表面载荷应力的实验研究

实验研究了利用超声瑞利波传播特性测试材料表面应力的方法.在测试过程中采用回振法测声速,以分辨应力作用引起声速的徽小变化;并设计夹具实现探头与试样之间的稳定耦合和弹性接触,精简了实验机构,提高了实验精度.研究结果表明,在应力作用下,平行和垂直于应力方向传播的瑞利波发生了相应的变化:应力较小时,声速随应力变化较快;随着应力...     

提高载体驱动硅微陀螺灵敏度的方法

载体驱动硅微陀螺是一种利用体微工艺制备的新型电容式振动MEMS陀螺,它安装于旋转飞行器上,利用载体的自旋作为驱动。当载体发生横向转动时,敏感质量受到周期性科氏力的作用,产生振动,从而敏感输入角速度。针对该种MEMS陀螺,首先介绍了陀螺的工作原理和电容式检测结构,然后详细分析了差分电容与敏感质量偏转角之间的关系,最后提出了一种通过调节电容拾取电路的脉冲信号的占空比,来提高陀螺灵敏度的方法。实验测试结果表明,当占空比由50%调整到75%时,相应输出电压峰峰值可由10.7 V提高到13.1 V,提高幅度达22.43%。理论分析和实验结果均表明,该方法可简便有效地提高陀螺灵敏度,具有实际应用价值。     

半导体桥裸桥与装LTNR时的点火特性

通过对比半导体桥裸桥与装药条件下发火电压、电流及电容的放电曲线,比较了等离子体产生时二次峰的出现时间、持续时间、峰值电压以及裸桥与装药时的积分能量.发现裸桥的二次峰出现时间及持续时间均比装药桥长,裸桥的积分能量比装药桥高且随电容呈线性变化,装药桥的积分能量较低且变化不大.主要原因在于裸桥是在空气中产生等离子体而装药桥产...     

硅基薄膜电极充放电过程应力演化解析解研究

为了研究硅电极在充放电过程中的应力演化,在忽略弹性变形的情况下提出了一个考虑粘塑性的简化力学模型,分别导出了出现相分离和不出现相分离时薄膜电极内应力场的解析解,该模型的计算结果与现有的实验结果相吻合．计算结果表明,当存在相分离时,电极中的应力取决于薄膜电极的厚度和充电速率的乘积;在未出现相分离现象时,应力仅取决于充电速率．这个解析形式的力学模型对于锂离子电池电极材料的设计有着重要的指导意义．     

超声反射纵波法检测钢轨应力的实验研究

钢轨的应力状况直接影响列车运行的安全,因此对钢轨应力的研究特别重要.用超声波测量应力的方法由于其对被测材料无损的特性而受到广泛关注.文章重点叙述了利用反射纵波法(the reflected longitudinal waves)来检测钢轨应力的实验方法.该方法如果用于实际测量,可以提高钢轨检测的工作效率,大大节约在铁路维护上的开支,提高铁路运输的安全系数,加速实现人民铁路的高效运营.文中详细介绍了整套实验测量系统、所用的探头、探头放置的位置、信号耦合与放大电路图以及实验测量结果,并根据实验测量结果进行分析.结果显示应力变化引起的钢材料特性变化导致了声传播速率的变化,且应力变化与声传播速率的变化呈线性关系.该结果证明了超声波测量钢轨应力的可行性.     

轴向脉冲磁场增强金属射流侵彻穿深能力的因素

为掌握轴向脉冲磁场对金属射流的作用规律,基于破甲弹金属射流对目标的作用原理及磁场与金属射流之间的相互作用关系,设计了励磁线圈对破甲弹金属射流作用的试验系统,并开展了相关实弹试验,突破了金属射流形成和励磁线圈脉冲电流产生之间时序匹配的关键技术,得出了使金属射流发生有效变形的合理储能电容器组电参数和励磁线圈结构参数。试验结果表明,当电容器电压为5 kV、电容为1 200 μF、励磁线圈长度为50 mm时,破甲弹金属射流对目标靶板的侵彻穿深增量最大,破甲效果最佳;各因素对破甲弹金属射流侵彻穿深能力影响程度由大到小分别是电容器组充电电压、电容器组电容、线圈长度。研究成果为破甲弹威力电磁增强技术可行性论证、原理试验及励磁线圈结构设计提供了重要的理论和技术支撑。     

150kV脉冲X光机

基于Marx发生器原理设计的脉冲X光机,采用低抖动场畸变开关和固体低感电阻为结构元件,低感陶瓷电容为储能元件。输出电压为100～150kV,剂量：0．25m处为35mR,脉冲宽度约为70ns。具有性能稳定、结构紧凑、使用方便等特点。     

水中脉冲放电的压力特性研究

同时利用高速摄影仪和压力传感器研究水中高压脉冲放电的压力特性。实验发现 ,当电容器的电容为 4 .1F ,充电电压为 10kV ,电极间隙为 7mm时 ,水中冲击波的波速为 1 5km s。通过压力传感器测得放电所产生的冲击波和气泡首次回胀时产生的冲击波在离通道 0 3m处的峰值压力分别为 1 5 5MPa和 0 5 5MPa ,模拟计算所得的峰值压力分别为 1 0MPa和 0 3 8MPa ,两者基本相符。另外 ,还根据高速摄影仪所拍摄到的等离子体通道直径的扫描照片 ,计算了在放电 3 0 s后通道内的压力为约 4 9MPa ,通道半径和壁速分别为 4mm和180m s。