200℃偶极发射换能器研究

高温偶极子发射换能器是200℃高温多极子阵列声波测井仪器研发需要攻克的主要核心关键技术问题之一。针对这一问题,该文从材料选型和工艺改良两个方面开展技术攻关,研发了耐温达200℃偶极子发射换能器,样机耐温性能测试表明其能够在200℃下连续工作12 h而不损坏,声性能测试样机最大发射电压响应为124 dB,具有与现用换能器相当的辐射性能,样机尺寸及工作频率与现用换能器几乎完全一致,可以方便地对现用仪器进行升级。目前搭载该样机的仪器已经通过孤古8实验井测试,并在新疆顺北油田现场近9000 m井下取得高质量数据,达到设计目的。该文为开展更高温换能器研发提供了详细的研究思路。     

非线性工作状态压电换能器匹配技术

针对压电换能器在大功率下存在复杂非线性而导致匹配参数难以优化的问题,以大功率超声金属焊接为例,通过采集测试焊接过程换能器两端电压的幅值与频率,建立换能器反谐振电阻与驱动电压有效值、频率之间的数学模型;提出基于反谐振电阻模型的最优功率匹配方法,推导了匹配电感电容的计算公式。最后实验验证了数学模型的准确性,且当换能器输入功率在最优功率附近时,匹配网络电能传输效率最高。     

基于壁面反射增强模型的熔石英刻蚀形貌形成机理研究

大气等离子体刻蚀是一种非接触式、材料去除可控的加工方法,在光学元件的高精度加工中具有广泛的应用前景。但是大气等离子体刻蚀后元件存在表面形貌恶化的问题,严重影响元件的性能和使用寿命。进行氢氟酸刻蚀实验,证明了元件表面形貌的恶化是由氟碳化合物和表面凹坑微结构两个原因引起的。为了解释表面凹坑微结构的形成,提出基于micro-mask壁面反射增强理论的凹坑形成模型,并开展了样品表面旋涂金纳米颗粒充当micro-mask的刻蚀实验。实验结果验证了micro-mask壁面反射增强模型的正确性,为解决大气等离子体刻蚀后元件表面形貌恶化问题提供了新的思路和方法。     

管柱型近周期声子晶体点缺陷结构的大尺寸压电超声换能器

大尺寸压电超声换能器的耦合振动会导致其辐射面纵向位移振幅的平均值较小,振幅分布不均匀,严重影响系统的性能和可靠性.为了改善大尺寸超声振动系统性能,可利用二维孔/槽型近周期声子晶体结构对横向振动进行抑制,但在对横向振动抑制的同时,该结构会对换能器机械强度和工作带宽等性能参数造成不利的影响.针对这一问题,本文提出利用管柱型近周期声子晶体点缺陷结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行优化的新思路.该方法不仅可以利用构造的固/气二维近周期声子晶体结构的点缺陷模式,获得极低的能量损耗,有效提高系统辐射面的纵向位移振幅和振幅分布均匀度;也可以利用管柱结构中的双环形孔增强声波的多重散射,使得换能器在管柱柱高较低的条件下产生禁带,在有效抑制横向振动的同时,大幅拓宽换能器系统的工作带宽,增强系统的稳定性和机械强度,降低加工成本.仿真结果证明了优化的有效性.     

Analysis of nano channel formation in quartz cubes by laser-induced process

A novel laser processing technique was developed for making channels in the nano regime in this paper. A Nd:YAG laser was used to dry fabricate micro channels (25μm～100μm di ameter) in a 1 cm^3 fused silica substrate by thermal-induced processing. By controlling the locations of these initiating micro channels on a silica cube, 1D-controllable self-connecting nano fractures can be formed as rectangular channels. These nano channels are smooth and with extremely high aspect ratio (～10^4 depth to width ratio). A possible mechanism is proposed to explain the formation of the nano channels. This laser-based nano channel fabrication technique is fast and inexpensive, and with potential applications in capillary electrophoresis and electro-osmosis driven nano-filtration.     

微机电陀螺零点漂移数据滤波方法的研究

微机电石英音叉陀螺虽然有突出的优点，但也存在噪声比较大的缺点。普通的数字滤波方法通常会造成比较大的滞后，减小了系统的相位裕度，而且对截止频率以内的噪声不起作用。作者在对石英音叉陀螺零点漂移数据建立时间序列模型（AR模型）的基础上，采用卡尔曼滤波算法对石英音叉陀螺的漂移数据进行了处理。仿真实验表明，所采用的滤波方法合理有效。     

石英晶体多路微天平等效电路和相关实验研究

从AT切的石英晶体等效电路出发，利用电路理论推导单片石英晶体上耦合电极的相互影响，相互耦合作用用复电阻描述，然后通过实验观察复电阻的频率特性，分析其具体的形式，同时通过实验初步观察了MQCM(multi-channel quartz crystal microbalance)对石英片谐振频率的影响，以及不同电极尺寸对耦合的影响。     

波长校准用低压石英汞灯驱动电源的研制

研制波长校准用低压石英汞灯电源,用于驱动汞灯起辉并维持稳态发光。电路由EMI滤波电路、桥式整流电路、LCC半桥谐振逆变电路、控制电路和保护电路5部分组成。采用系统建模与仿真验证电路的可行性并计算电路参数理论值,利用示波器和功率表验证电源输出参数,功率输出稳定性不大于0.03 W。根据紫外可见近红外分光光度计国防最高计量标准对研制的电源驱动汞灯的工作效果进行评价。结果表明,汞灯能够输出系列特征谱线,谱线相对强度稳定性不大于5.16%;汞灯工作3 h后,灯管外壳表面温度为43℃。该驱动电源的性能参数满足JJG112–2015《低压石英汞灯波长标准器检定规程》的要求。     

基于糖和苯硼酸动态共价键的高效蛋白质表面修饰方法

糖和蛋白质的相互作用参与了很多重要的生命过程.研究糖和蛋白质的相互作用有多种手段,石英晶体微天平(QCM)是其中重要的一种.研究中常需要将蛋白质通过共价键连接在天平芯片的表面.但是,用于检测糖分子的蛋白质多为植物凝集素,它们的分子量大,表面可修饰位点少,通过共价键修饰在芯片表面的效率偏低.本文提出一种基于糖和苯硼酸之间动态共价键的新修饰方法,能够大幅度提高蛋白质在芯片表面的修饰效率.     

冲击载荷下石英的一维极化电流研究

从石英在冲击波作用下的状态方程出发，根据高斯定理、动量守恒以及欧姆定律，采用拉普拉斯变换对压电电流进行了计算，其结果与Z．P．Tang^[1]进行了比较，并简单分析了其它一些因素对在冲击波作用下石英压电电流的影响。