大学物理实验中的创新设计方法及应用研究

大学物理实验运用原理应用设计法、联想类比设计法、改进设计法、变异设计法、组合设计法等创新设计方法。掌握这些方法可以提升大学生的创新设计能力,为后续课程的学习和将来的工作打下良好基础。     

高功率微波相控阵天线伺服系统的设计与实现

在某高功率微波系统中,通过控制多路移相器的位置,来达到对微波波束的精确控制。在伺服控制系统的设计中,为了解决强电磁场对伺服系统的干扰与破坏,在设计时从控制系统方案设计、系统组成、移相器单元设计、位置传感器设计、位置环路设计、电路板设计、机箱设计、传输线缆等方面进行严格的针对性设计与处理。设计过程中,对关键器件与部件进行现场试验进行方案验证与选择。最终,在高功率微波系统对目标进行连续辐射的实测中,工作稳定可靠,控制系统对多路移相器的定位精度达到0.1 mm,达到了预期的效果。     

从显微镜看现代仪器的设计新理念

从现代显微镜这一典型光学仪器出发,分析和阐述了现代仪器的设计新理念。提出了整体式设计、自由曲面式造型设计、人性化设计、绿色设计以及模块化设计等设计新理念。根据显微镜的发展趋势,对现代仪器的发展方向和趋势作了一个预测。     

战略导弹试验模拟系统开发平台设计

为满足新型武器系统靶场一体化联合试验、训练与保障的需求,克服传统面向具体导弹型号的模拟训练系统缺乏灵活性和扩展性的不足,提出了设计“试验模拟系统制造工厂”的新理念,即构建通用的战略导弹试验模拟系统开发平台,由用户根据具体导弹型号的需求,基于开发平台进行二次开发自行生产出特定的仿真训练系统。设计了试验模拟系统功能和开发平台结构,采用组件式、平台化、脚本化的开发思路,给出了开发平台的具体技术实现途径,包括：仿真模型设计、仿真服务总线设计、组件化/脚本化设计、设备模型仿真设计、原理仿真设计、信息流程可视化仿真设计、系统运行流程设计等,最后给出了飞行仿真的设计演示情况。所设计的开发平台将为试验、作战、指挥等岗位技术人员提供丰富的模拟训练及考核评估手段。     

民机驾驶舱布局流程设计及应用

为减少民机驾驶舱设计迭代次数,提高设计质量和效率,提出了一种民机驾驶舱布局的设计流程。结合适航要求和人机工效分析方法,对飞行员眼位、人体尺寸、内部视界和外部视界、飞行员坐姿、座椅和脚蹬调节行程、中控台尺寸及其它关键部件位置进行了分析和研究。最后,应用提出的民机驾驶舱布局流程进行了公务机驾驶舱布局设计。结果表明,设计的民机驾驶舱布局流程能够快速实现预期设计目标,提高了设计效率,对民机驾驶舱设计具有指导意义。     

基于LabVIEW的制冷机控制器交互界面设计

介绍了一种基于LabVIEW的低温制冷机控制器人机界面的设计,阐述了人机交互软件界面设计需注意的一些设计原则,以及操作智能化、人性化、简易化的设计思路,并完成了界面的详细设计。     

基于Pareto优化理论的多目标超椭梯度线圈设计

磁共振系统梯度线圈设计是一个多目标优化问题,在设计时需要综合考虑能耗、磁场能、线性度等设计要求.这些设计要求通常难以同时获得极小解,因此在设计梯度线圈时需要权衡线圈的各方面的设计需求.本文基于柱面可展性和流函数设计方法,结合Pareto优化方法实现了在超椭圆柱设计表面上梯度线圈的多目标设计.分别分析了磁场能、能耗目标对梯度线圈线性度、线圈构型的影响;并在Pareto解空间中分析各目标的相互变化关系,通过数值算例验证了该方法在超椭梯度线圈设计时的有效性与灵活性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%,能耗与磁场能分别小于用户设定值的设计约束下,梯度线圈的多目标设计存在多个局部优化解.该方法可以直观地比较相同目标函数值的情况下各单目标的具体表现,有利于实现不同的设计要求下梯度线圈的最终定型设计.     

三档变焦镜头中旋转切换变焦机构设计

设计了一种适用于三档变焦镜头的旋转切换变焦机构,包括机构的方案设计、组件设计、驱动设计、装调设计和安装设计。实现了结构紧凑、变焦速度快等目的。实际应用表明,该变焦机构能在1s内实现三个焦距的快速切换,有利于目标的跟踪与捕捉。     

带抽头的微带交指滤波器初始设计流程

带抽头的微带交指滤波器初始设计方法繁多,但设计不够全面、简洁,同时精度不高,因此给出了一套详细、简洁的初始设计流程。设计步骤为:指标“规范化”,确定低通原型滤波器,求解滤波器阶数,求解归一化电导值,设计抽头的线长和线宽,设计谐振器的线宽,设计非输入输出谐振器的线长,设计相邻谐振器间距,设计输入输出谐振器的线长和抽头的位置,交指滤波器整体建模仿真。最后以Ka波段滤波器为案例进行初始设计,初始设计结果显示中心频率在30.19 GHz附近,通带比29.40~31.00 GHz略大,通带内最大插入损耗为4.22 dB,最小回波损耗为9.32 dB,27.00 GHz和33.40 GHz的带外抑制大于30.00 dB,已经基本满足设计指标,后续只需要稍加优化就能完全满足设计指标,验证了此套设计流程的可行性及其较高的精度。     

车载空调器设计平台研究与开发

针对车载空调器设计手工计算繁琐、设计周期长等诸多不便利特点,研制开发了基于VB和SOLIDEDGE软件的车载空调器设计平台。该平台不仅具有车载空调器整机开发、机组设备单独设计或选型以及换热器参数化设计的功能,还兼容了家用空调器设计开发的能力。平台运行平稳,结果直观可靠。     

Miller型超高速摄影系统经典设计理论的研究

对Miller型超高速摄影系统的经典设计理论进行了系统研究.这些设计理论,即离焦设计理论、共轴设计理论和等速设计理论,都有原理误差,只能做到误差的最小化,而且任何两种设计理论都不能同时在同一个系统中实现,但是可以根据系统的具体要求给出最佳设计.     

煤矿井下安全监控分站的设计及其仿真实现

为了设计一种具有低成本、低功耗、易操作、功能强且可靠性高的煤矿井下安全分站,针对煤矿安全生产实际,文章提出了采用MCS-51系列单片机为核心、具有CAN总线通信接口的煤矿井下安全监控分站的设计方案;首先给出煤矿井下安全监控分站的整体构架设计,然后着重阐述模拟量输入信号处理系统的设计过程,最后说明单片机最小系统及其键盘、显示、报警、通信等各个组成部分的设计;为验证设计方案的可行性与有效性,使用Proteus软件对设计内容进行仿真验证,设计的煤矿井下安全监控分站具有瓦斯、温度等模拟量参数超标报警功能和电机开停、风门开闭等开关量指示功能;仿真结果表明:设计的煤矿井下安全监控分站具有一定的实际应用价值。     

30MeV医用回旋加速器气体靶束流线的研制

中国原子能科学研究院于1994年研究建成我国第一台医用强流回旋加速器CYCIAE-30及配套放射性同位素生产线,目前为了增加气体靶以生产新品种医用同位素,在原有束流输运线的基础上开展了束流输运系统的升级改造方案设计,包括束流线的总体布局考虑和光学设计,并根据束流光学设计的结果,进行了新增柬流线上电磁元件的设计.在物理设计的基础上,还进行了施工设计以及各分系统的加工、调试、安装,并以物理设计得到的参数为依据进行了束流调试,靶上得到的束斑与理论值有较好的符合,满足设计要求.     

船舶电缆虚拟敷设仿真平台的研究与实现

针对船舶电装生产设计中电缆敷设设计复杂繁琐,效率低下的问题,结合实际电缆敷设设计的流程,开发了基于AutoCAD二次开发的船舶电缆虚拟敷设仿真平台。重点对虚拟敷设通道数学模型的建立、交互式图形敷设方式的设计、带限制条件的最短路径算法的实现和电缆通道的仿真进行了详细阐述。电缆虚拟敷设平台的开发已经完成,初步实现了船舶电缆的虚拟敷设。该平台为电装设计人员提供了一种直观,动态的敷设设计方式,简化了电缆敷设设计过程,提高了敷设设计的效率和质量,同时节省了电缆用量。     

便携式分光测色仪光学设计

光学系统是分光光度计的核心部分,以光谱仪基本原理和光学设计理论为基础,以便携化、低成本、且满足设计要求的光谱范围和分辨率为具体设计目标,对李特洛系统、艾伯特-法斯梯系统、切尔尼-特纳系统、交叉式切尔尼-特纳系统这4种可行的设计方案进行了比较与分析,提出以平面衍射光栅作为色散元件的非对称交叉式C zerny-Turner结构作为该设计的系统结构。用光学软件对该系统进行模拟和优化,设计结果表明:设计的系统光谱范围为360 nm～740 nm,光谱分辨率为10 nm、F数为5.25、光谱展开为44.1 mm、系统体积约80 mm×69 mm×62 mm,满足精度高、体积小及成本低等设计要求。     

数字型太赫兹带通滤波器的逆向设计及优化

针对高性能太赫兹功能器件的规范化设计需求,本文将智能逆向设计方法应用于太赫兹带通滤波器的设计与优化中.建立与数字空间映射的亚波长超表面等效模型,从设定器件的目标功能和约束条件出发,利用智能算法探索整个解空间中的全部可能结构,迭代寻优至最优结构图案.本文利用搭建的逆向设计框架设计了中心频率为0.51 THz、带宽为41.5 GHz、插入损耗为–0.1071 dB的太赫兹带通滤波器.与传统的人工正向设计相比,逆向设计方法可解构出窄带、低插入损耗、带外抑制强、极化稳定性强的带通滤波器.     

基于遗传算法的光学膜系初始结构优化设计

膜系初始结构优化设计是膜系优化设计的关键。针对多膜料设计 ,提出了一种新的膜系初始结构优化设计算法 ,将膜系的初始设计视为组合优化问题 ,采用遗传算法 ,求得组合的最优解。给出了算法的原理 ,并给出了相应的设计实例。结果表明 ,本算法是一种简单、有效、通用性强的膜系初始化设计方法     

光学设计性实验之研究

通过光学设计性实验问卷调查,从光学设计性实验的指导思想、内容、实施环节、解决措施等方面入手,具体讨论了光学设计性实验所存在的问题及解决办法.     

强流回旋加速器综合试验装置的设计与建造

为了试验研究强流回旋加速器的整机设计技术,主磁铁、束流诊断等关键部件的设计与加工工艺技术,以完成lOOMeV回旋的设计验证,并为今后逐步提高流强创造试验条件,自2004年以来,陆续研究、设计、加工了一些关键部件,先后实验研究达到了单项技术指标;目前,已集成为一套强流回旋加速器的综合试验装置.本文报告该试验装置的设计与设备制造情况、磁场测量与垫补结果、10-15mA负氢离子源、高频腔和注入系统实验研究、内靶束流调试等工作.     

30MeV医用回旋加速器气体靶束流线的研制

中国原子能科学研究院于1994年研究建成我国第一台医用强流回旋加速器CYCIAE-30及配套放射性同位素生产线, 目前为了增加气体靶以生产新品种医用同位素, 在原有束流输运线的基础上开展了束流输运系统的升级改造方案设计, 包括束流线的总体布局考虑和光学设计, 并根据束流光学设计的结果, 进行了新增束流线上电磁元件的设计. 在物理设计的基础上, 还进行了施工设计以及各分系统的加工、调试、安装, 并以物理设计得到的参数为依据进行了束流调试, 靶上得到的束斑与理论值有较好的符合, 满足设计要求.