基于ADIS16255 MEMS芯片陀螺仪的应用研究

介绍了ADISl625x系列MEMS陀螺,在分析了该芯片SPI的接口时序后,利用C8051F020单片机搭建了一个硬件平台,通过SPI接口完成对ADIS16255的控制、数据以及状态信息的采集,实现了平面角度的测量。随后制定了串行口通信格式定义,实现了上位机对陀螺的控制和对实时数据的读取。进行了静止状态的测试以及在转台进行的动态测试,结果表明,该陀螺具有较高的角度稳定度和准确度,抗磁干扰能力强,作为新一代平面角度测量设备,可广泛应用在工业自动化、导航定位、航空航天等场合。     

非流线体分离流动态载荷的数值模拟方法研究

以圆柱绕流为研究对象,针对圆形边界,采用O型网格对流场进行离散,用二阶精度的中心差分有限体积法作空间离散,用二阶精度的中心差分处理时间问题,用双时间方法求解了二维非定常Navier-Stokes方程,系统研究了计算方法对收敛精度、时间步长和网格数量的依赖性.计算结果表明,对于长时间历程的非定常问题,虽然双时间方法收敛性很好,但对于分离流而言,时间步长的选取并非没有限制;每一步伪时间的推进中,收敛精度也有要求;而要模拟圆柱分离流的非线性气动力现象,计算网格至少要达到260×80的数量.     

黑磷中基于热驱动金属扩散诱导的相变

二维(2D)材料具有原子级平整、可范德华堆叠集成的性质,同时蕴含了丰富的物理现象与优异的电学性质,对其相变行为的研究一直是凝聚态物理与材料科学领域的前沿。本研究中,我们在黑磷(BP)中首次实现了基于热驱动金属扩散诱导的阶段式可控相变。通过对BP-In界面的热退火处理,我们观察到了从BP纯相到BP/InP混合相,再到InP纯相的阶段式相变现象。利用透射电子显微与拉曼光谱等表征技术,我们对诱导相变产生的机制进行了深入剖析,揭示了BP-In中热驱动的金属扩散行为是诱导相变发生的主要原因。通过对热驱动中影响能量供给的两个自由度(温度与时间)的精准调控,得到了阶段式相变过程中两个关键的阈值温度(相变启动与实现纯相转变)分别为300与350℃。本研究为2D材料体系中相变工程相关的研究提供了新的思路,也为拓展BP在电子学与光电子学器件中的应用提供了更多的可能性。     

利用N-S方程模拟机翼气动弹性的一种计算方法

利用一种双时间方法求解三维非定常N-S方程,得到与任意非定常运动对应的气动力,在求解非定常气动力的同时,在时间域内用二阶龙格 库塔方法求解机翼弹性运动方程,从而模拟粘性流动中的气动弹性全过程.为保证网格生成效率,采用无限插值理论生成O-H型代数网格,考虑了机翼变形时的网格生成问题,并得到计算结果.     

Flexural vibration band gaps in thin plates with two-dimensional binary locally resonant structures

The complete flexural vibration band gaps are studied in the thin plates with two-dimensional binary locally resonant structures, i.e. the composite plate consisting of soft rubber cylindrical inclusions periodically placed in a host material. Numerical simulations show that the low-frequency gaps of flexural wave exist in the thin plates. The width of the first gap decreases monotonically as the matrix density increases. The frequency response of the finite periodic thin plates is simulated by the finite element method, which provides attenuations of over 20dB in the frequency range of the band gaps. The findings will be significant in the application of phononic crystals.     

Electron field emission from single-walled carbon nanotube nonwoven

Field emission from single-walled carbon nanotube (SWNT) nonwoven has been investigated under high vacuum with different vacuum gaps. A low turn-on electric field of 1.05\,V/$\mu $m is required to reach an emission current density of 10 $\mu $A/cm$^{2}$. An emission current density of 10 mA/cm$^{2}$ is obtained at an operating electric field of 1.88\,V/$\mu $m. No current saturation is found even at an emission current of 5\,mA. With the vacuum gap increasing from 1 to 10 mm, the turn-on field decreases monotonically from 1.21 to 0.68\,V/$\mu $m, while the field amplification is augmented. The good field-emission behaviour is ascribed to the combined effects of the intrinsic field emission of SWNT and the waved topography of the nonwoven.     

聚茜素红膜修饰电极控制电位扫描法分别测定多巴胺和抗坏血酸

研究了聚茜素红膜修饰电极(PARE)的制备及其对多巴胺(DA)和抗坏血酸(AA)的电催化性能,结果表明,在PARE上DA和AA具有不同的循环伏安行为,前者表现为一个准可逆过程,后者则为不可逆过程,并且二者的氧化峰电位分开近200mV.因此可通过控制不同的电位范围进行分步扫描,实现了对同一体系中DA和AA的分别测定,DA的还原峰电流和AA的氧化峰电流分别在8.0×10^-6～4.0×10^-3mol/L和4.0×10^-5～2.0×10^-2mol/L范围内与各自的浓度呈线性关系;检测限分别为8.0×10^-7mol/L和1.0×10^-5mol/L.同时与导数伏安法一步测定进行比较,结果令人满意.     

结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法

为了提高视觉测量系统的自动化水平和测量精度,提出了一种结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法。使用旋转不变模板匹配方法得到原始图像与标准模板的相关系数矩阵,通过两次阈值筛选获取标志点候选位置。根据两条直线相交于标志中心处以及中心处灰度梯度存在多个峰值的特性,剔除非合作标志点,得到对角标志点初始坐标。通过生成对角标志理想相关模板,利用相关系数拟合极值法进行亚像素定位。实验结果表明,该方法可以正确提取复杂环境下对角标志或棋盘格图像中的角点,而且需要人工调节的参数少、稳健性强、定位精度高且通用性好,可应用于工程实践中环境光源变化较大的测量场合。     

Precise,Long-Time Displacement Self-Sensing of Piezoelectric Cantilever Actuators Based on Charge Measurement Using the Sawyer–Tower Circuit

Previous studies show that near linearity exists between displacement and charge of piezoelectric actuators, while studies under higher fields are lacking and long-time displacement self-sensing is still a challenge. Here we indicate that precise, long-time displacement self-sensing can be accomplished using the Sawyer–Tower circuit, where a high-impedance electrometer and a non-leaky capacitor are used to measure the charge. Calibrating the results on a piezoelectric unimorph cantilever shows that the displacement resolution of charge self-sensing is ~3 nm, much better than that of ~40 nm for the calibrating laser sensor. Testing results under a unipolar field up to 2 kV/mm with different periods indicate that a direct proportional relationship holds between charge and displacement with the maximum error of 4.65%. The self-sensing time can be over 20 min or even longer if a higher-impedance electrometer is used.     

硅烷偶联剂原位包覆纳米TiO_2及其在PVC功能改性中的应用

通过原位聚合法在金红石型纳米TiO2表面包覆硅烷偶联剂,研究超声波处理时间、水浴时间及溶液的pH值对改性效果的影响。结果表明:当超声时间为60min、水浴时间为2h、溶液的pH=6时,其改性效果最佳;采用扫描电镜、X射线衍射、差示扫描量热分析法、紫外-可见分光光度计、氧指数测试仪等手段对试样进行表征,结果显示:纳米TiO2与偶联剂之间的结合为化学结合,改性后的纳米粒子分散性得到了提高,当纳米TiO2添加量为3%时,PVC/KH570-TiO2复合材料的阻燃性能与机械性能最佳。