柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题,提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法.该方法采用遗传算法(GA)与有限元方法(FE)联合的优化策略,用MATLAB软件作为“调度员“,将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成,共同完成柔性机构的优化功能.最后以一种柔性微杠杆机构为例,实现了提出的优化方法,给出了优化的结果.     

柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题,提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法。该方法采用遗传算法(GA)与有限元方法(FE)联合的优化策略,用MATLAB软件作为"调度员",将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成,共同完成柔性机构的优化功能。最后以一种柔性微杠杆机构为例,实现了提出的优化方法,给出了优化的结果。     

柔性机构与智能材料

柔性机构是一种新型机构，介绍了柔性机构的的概念和特点，综述了智能材料的分类和作用，最后将柔性机构与智能材料集成，提出了智能柔性结构的概念。对智能柔性结构的传感元件、驱动元件、控制系统以及应用进行了分析和论述。     

负载刚度对电热微执行器输出性能的影响分析

针对微机电系统中电热微执行器和位移放大机构都具有柔性的事实,从理论上分析了作为负载系统的柔性位移放大机构对微执行器输出位移的影响,并用有限元方法对二者的工作性能进行了仿真.结果表明,电热微执行器外接负载的刚度和执行器本身刚度的比值是影响整个组合器件性能的重要因素.最后用深层反应离子刻蚀技术(DRIE)在硅隔离衬底(SOI)上加工了电热微执行器和柔性位移放大机构,并对其进行了测试,测试结果与有限元分析结果符合得很好.     

微型柔性红外传感器的制作研究

利用微机电系统(MEMS)技术,制作了一种128×1元柔性红外传感器阵列;首先在硅片衬底上生长一层PDMS柔性材料,然后再在柔性材料上利用MEMS技术制作红外传感器阵列.采用六轴微小器件试验台进行扭弯试验.在传感器的两端施加一定的力使其弯曲,然后测传感器不同单元的电阻.试验结果表明:所制作的柔性传感器阵列能经受多次弯扭,电阻值基本没有变化,柔性传感器在经过弯扭3 300次后,传感器本身的柔性材料并没有断.     

压电MEMS扬声器的设计与优化

为了提高压电微机电系统(MEMS)扬声器的声压级,该文提出了一种新型的扬声器振膜结构,该结构由4个相同的扇环驱动单元和中间圆形质量块组成,并在上表面覆有一层柔性材料,形成刚性-柔性耦合封闭振动膜。优化该结构中圆形质量块半径r₂和相邻扇环的相邻边夹角θ等参数。结果表明,当θ=50°,r₂=700μm时,声压级最大。在保证振膜面积相同和谐振频率基本一致的情况下,与优化后的固支圆形多层振膜相比,该文所提出的新型结构声压级高5 dB。     

具有柔性铰链的差式微位移放大机构

阐述了差式微位移放大机构的基本设计原理,分析了机构中位移损失的原因。研制的放大机构具有较好的放大效果,而且机构的位移输出线性特性也较好。采用片状柔性铰链成功地解决了由于机构中的位移干涉造成的机构内部反力太大的问题。     

谐振式微加速度计杠杆机构的建模与优化

谐振式微机械加速度计的微尺寸质量块引起的惯性力很小，严重制约了加速度计灵敏度的提高，因此提出采用杠杆机构放大惯性力。由于硅基微杠杆机构的各部分均为刚性连接，且杠杆的输入、输出端有约束存在，制约了杠杆的自由转动，使惯性力不能高效放大。为此，设计了基于柔性支点的杠杆机构，建立了微杠杆机构的物理和数学模型，推导出杠杆机构各部分刚度的匹配原则。利用ISIGHT软件，采用遗传算法对结构参数进行了优化。     

用于耳内体温监测的柔性温度传感器

为了在使用入耳式耳机进行日常活动时,可以通过监测耳内温度来评估健康状况,研制了一种柔性铂薄膜温度传感器。传感器的感温单元设计为蛇形结构,可以共形贴附于曲面。制备过程中,采用磁控溅射技术在已图形化的柔性基板表面沉积铂,省去光刻、显影等工艺,直接完成对铂薄膜的图形化。在25～45℃的温度范围内,传感器的电阻温度系数为0.002 8/℃,分辨率为0.1℃,能够满足体温测量对传感器性能的要求。将传感器集成至耳机耳塞上,并通过标定实验得到电阻-温度关系公式。研发了基于传感器的无线入耳式体温监测系统,结合手机应用程序(APP)进行实际体温测量。在36.3～36.7℃的温度范围内,对同一位使用者测温的平均误差为±0.058℃,表明该传感器能够准确获取耳内体温。     

基于PDMS的柔性可穿戴微带天线北大核心

提出了一种新型柔性微带天线,具有结构简单、质量轻、易共形和可穿戴的功能,且易于与衣物集成。该天线是以柔性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）为介质基底,以金属镍为辐射贴片,将镍覆于介质基底两侧,设计了E形辐射贴片和矩形金属地,并基于微机电系统（MEMS）加工工艺进行加工制造,经测试取得了良好的效果。仿真结果表明,该天线的谐振频率为13.5 GHz,带宽为2.0 GHz。在平放和弯曲的状态下分别进行了测试,测得的谐振频率为12.8 GHz,带宽为1.2 GHz,谐振频率的测试结果变化范围较小,测试结果良好,说明该柔性天线可实现弯曲的性能且谐振频率和带宽比较稳定。该天线的仿真和测试结果都体现出良好的阻抗匹配性和稳定的辐射方向性,为天线与电子设备的集成化提供了参考。     

Design of Compliant Mechanisms: Applications to MEMS

Compliant mechanisms are single-piece flexible structures that deliver the desired motion by undergoing elastic deformation as opposed to jointed rigid body motions of conventional mechanisms. Compliance in design leads to jointless, no-assembly (Fig. 1), monolithic mechanical devices and is particularly suited for applications with small range of motions. The compliant windshield wiper shown in Fig. 1 illustrates this paradigm of no-assembly. Conventional flexural mechanisms employ flexural joints that connect relatively rigid links as depicted in Fig. 2. Reduced fatigue life, high stress concentration and difficulty in fabrication are some of the drawbacks of flexural joints. Our focus is on designing compliant mechanisms with distributed compliance which employs flexural links (see Fig. 3) and have no joints (neither pin nor flexural joints) for improved reliability, performance, and ease of manufacture. Distributed compliant mechanisms derive their flexibility due to topology and shape of the material continuum rather than concentrated flexion at few regions. This paper focuses on the unique methodology employed to design jointless mechanisms with distributed compliance. The paper also illustrates a compliant stroke amplification mechanism that was recently designed, fabricated and tested for MEMS application.     

一种内存优化的代数重建算法及其快速实现

本文提出一种在图像的代数重建算法(ART)中能够有效地减少内存占用的快速实现方法,将直接ART方法中的每个投影每条射线的系数矩阵分解为射线矩阵和单条射线的系数矩阵.射线矩阵保存每条射线的斜率和截距,系数矩阵在每次迭代之前计算得到,考虑到同一投影角下每条射线的相关性,系数矩阵可以递推计算,从而极大地节省了时间.实验选用Shepp-logan模型,实验结果表明了本实现方法的实用性.     

一种新量子遗传算法及其应用

提出一种新量子遗传算法(NQGA),其核心是采用量子比特相位比较法更新量子门和自适应调整搜索网格的策略,NQGA具有收敛速度快、全局寻优能力强和计算时间短的特点.文中通过典型复杂函数测试和应用实例表明,NQGA的优化质量和效率都优于传统遗传算法.     

柔性结构拓扑优化中几种求解方法的比较

通过对两种柔性结构的拓扑优化,比较了拓扑优化中三种主要求解方法的优缺点。分别用优化准则法(OC)、序列线性规划法(SLP)和移动渐近线法(MMA)对悬臂结构和力反相机构进行了拓扑设计。OC法通用性差,但效率高;SLP法通用性好,但收敛速度慢,对初值敏感;MMA法计算效率低,但对初值不敏感,比较稳定。     

一种解决组合优化问题的改进型量子遗传算法

在量子遗传算法(QGA)的基础上,提出了一种解决组合优化问题的改进型量子遗传算法(NIQGA).为充分利用量子态的干涉性和纠缠性,该算法引入了动态调整量子门旋转角步长机制、量子交叉操作和量子变异操作,因而具有更高的搜索效率.利用两种典型组合优化问题——0/1背包问题和路由选择问题进行验证.结果表明,相比于GA和QGA,NIQGA具有收敛速度快和全局搜索能力强的特点,在解决基因间弱关联性的组合优化问题时有更优的性能.     

一种基于粒子群优化方法的改进量子遗传算法及应用

本文采用粒子群优化(PSO)方法代替量子门来更新量子比特状态,得到一种改进的量子遗传算法(QGA)——PSQGA,并根据QGA自身概率特性,引入了最优解方差函数来评价该算法的稳定性能.利用四种典型连续函数寻优问题和0/1背包问题,分别对PSQGA和改进的使用量子门的量子遗传算法(IQGA)进行了测试;并将它们应用到图像稀疏分解的实例中.结果表明,PSQGA算法的寻优能力及稳定性均优于IQGA,且具有更好的收敛性以及更强的连续空间搜索能力,适合于求解复杂优化问题.     

粒子群优化算法的改进及其实现

基本粒子群优化算法存在着"早熟"现象。究其主要原因是由于全局最优粒子的运动形式滞留在局部最优。为此,根据基本PSO算法的特点,在粒子运动过程中加入了个体小概率随机变异,增强了粒子运动形式改变能力,减小了陷入局部最优的可能性。通过数值计算结果表明,该方法能有效地解决粒子群优化"早熟"问题。     

一种基于遗传算法的PID参数的优化控制策略

针对某一控制对象，通过数学推导，得出一组值Kp，K1，KD将其作为遗传算法的参考值。虽是随机产生初始群体，但可以预置大致范围，并在此基础上进行优化，可提高遗传算法的收敛速度。