基于压电振动能量俘获的弯曲结构损伤监测研究

建立了含裂纹损伤的曲梁压电能量俘获系统在强迫振动下的动力学模型. 基于Prescott型压电曲梁力电耦合振动方程的解析解和裂纹截面处的连续性条件, 求解了含裂纹损伤的压电曲梁的格林函数. 根据线性叠加原理, 对含裂纹的力电耦合模型的系统方程解耦, 得到强迫振动下含裂纹损伤的曲梁压电俘能器的输出电压. 在得到模型的强迫振动解析解后, 提出逆方法检测结构中的裂纹损伤, 这一检测方法适用于处于振动状态下的结构. 在数值计算中, 令裂纹深度为零, 通过对比本文的解析解与现有文献中的解析解, 验证了本文解的有效性. 分别分析了含裂纹损伤的压电曲梁的电压响应与裂纹深度、裂纹位置、材料的几何参数以及阻尼之间的关系. 研究结果表明: 裂纹的存在对曲梁式压电俘能器的影响比直梁式更加复杂; 裂纹出现时, 损伤曲梁在健康曲梁的一阶频率值处一定会出现波动并被激励出二阶频率, 此时的二阶频率是开路中健康压电曲梁的一阶频率值; 通过对电压响应的检测可以确定的损伤裂纹的深度和在结构中出现的位置范围; 利用振动问题的解来检测压电曲梁的健康状况是可行且准确的.      

基于Royer振荡器的硅基雪崩光电二极管偏压电路

针对雪崩光电二极管（Si-APD）所加偏压需要随环境温度作调整，且偏压电路所需的低纹波低噪声等因素，构建了以Royer振荡器和微控制器为核心的偏压电路。该Si-APD偏压电路以BL8032型同步降压控制器作为Royer振荡器的输入电源，以MS5221M型DAC作为该输入电源的调整单元，以AD8606型集成运放和AD7980型ADC作为Royer振荡器输出电压采样单元，以STM32F103TBU6型微控制器作为计算与时序控制单元。本偏压电路不仅具有温度自适应性，而且具有低纹波、低噪声、低功耗和电气安全隔离的特点，能在9～36 VDC宽输入电压范围和-40～70℃环境下良好工作。     

海底控制点水声定位测距误差的近似数学表达式

针对水声定位声线跟踪法计算换能器到应答器斜距值测距误差规律难以把握的问题，研究了测距误差的近似数学表达式。首先分析了控制点定位声速不确定性引起的测距误差机理；其次基于声速剖面和传播时间的线性理论（ST定理）推导了测距误差的近似数学表达式，并分析了使用harmonic平均声速代替有效声速对测距误差数学表达式结果的影响。仿真试验结果表明，该数学表达式对测距误差估值的绝对误差随斜距值（或初始入射角）的增大而增大，在水深为3000 m，初始入射角在80°以内时，估值的绝对误差在1 cm以内，当初始入射角达到86°左右时，估值的绝对误差约7 cm，为水下静态目标定位以及水下载体动态导航定位中的声速误差修正问题提供了新的解决思路。