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“高分五号”卫星高光谱相机结构设计与验证
1
作者 刘书锋 刘银年 +2 位作者 曹开钦 柯有龙 贾晓伟 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第5期70-80,共11页
“高分五号”卫星搭载的可见短波红外高光谱相机AHSI是我国高分专项的核心载荷之一。现有离轴三反相机结构设计多应用于可见光相机及多光谱相机,而高光谱相机则由望远镜、光谱仪及探测器组成特殊架构,AHSI光路长达3 m,包含3套离轴系统... “高分五号”卫星搭载的可见短波红外高光谱相机AHSI是我国高分专项的核心载荷之一。现有离轴三反相机结构设计多应用于可见光相机及多光谱相机,而高光谱相机则由望远镜、光谱仪及探测器组成特殊架构,AHSI光路长达3 m,包含3套离轴系统及22个离轴光学元件,导致系统在有限空间内复杂度及敏感性高,结构设计需解决复杂光路布局与空间环境稳定性挑战。研究基于新材料的相机一体化结构构型,是AHSI结构设计亟待解决的主要问题。首次系统性揭示了AHSI材料选型、结构设计、仿真分析与试验验证全流程。高光谱相机采用55%高体分SiCp/Al复合材料作为光机系统主支撑结构材料,结构设计采用将离轴三反望远镜、奥夫纳光谱仪及探测器等一体集成于复合材料光机框架上,实现了复杂紧凑系统布局、高刚性、高稳定性与轻量化的协同优化,采用超声波辅助梯度钎焊工艺完成光机框架组合焊接,通过有限元分析和力学试验验证了相机结构设计强度和刚度特性。高光谱相机在轨成像质量及辐射特性测试结果与地面保持一致,充分证明了高光谱相机结构设计有效性和稳定性。AHSI是国际上首台同时兼顾宽覆盖和宽谱段的高光谱相机,为我国国土资源调查等国家重大战略需求提供了有力支撑。 展开更多
关键词 “高分五号”卫星 高光谱相机 结构设计 高体分SiCp/Al复合材料 模态分析 力学试验
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基于磁悬浮系统的电磁-摩擦电混合振动能量收集器研究
2
作者 刘保国 梁佳园 +2 位作者 张坤 赵毫杰 冯伟 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第2期16-21,27,共7页
为了解决传统化学电池无法为无线传感网络持久供能的问题,设计了一种高效转换低频振动能的磁悬浮基电磁-摩擦电混合能量收集器,利用磁悬浮系统感应低频环境振动,通过电磁-摩擦电复合能量转换机制高效提取振动能量。研究了平面弹簧刚度... 为了解决传统化学电池无法为无线传感网络持久供能的问题,设计了一种高效转换低频振动能的磁悬浮基电磁-摩擦电混合能量收集器,利用磁悬浮系统感应低频环境振动,通过电磁-摩擦电复合能量转换机制高效提取振动能量。研究了平面弹簧刚度和激励加速度对混合能量收集器输出性能的影响,实验结果表明,输出电压随平面弹簧刚度的增大而降低,随激励加速度的增大而增大,当平面弹簧刚度为562 N/m、激励加速度为1.2g时,电磁能量收集单元(EMG)、摩擦电能量收集单元Ⅰ(TENGⅠ)和摩擦电能量收集单元Ⅱ(TENGⅡ)的最大输出峰峰值电压分别为1.15、53、167 V。 展开更多
关键词 低频 电磁-摩擦电 磁悬浮 振动能量收集器 平面弹簧
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基于FR4的电磁式扫描光栅微镜结构优化设计
3
作者 刘海涛 杨桢儒 +2 位作者 王家鹏 方衡 易嘉文 《机电信息》 2025年第3期44-47,共4页
扫描光栅微镜的转动结构通常设计成扭振系统,通过扭转梁实现微镜转动时的结构抗扭。将扭转梁设计成折叠形式,可以减小扭转梁的抗扭刚度,但扭转振型仍有可能未成为系统的一阶主振型。因此,通过提高系统镜板的转动惯量和设置刚度调节棒,... 扫描光栅微镜的转动结构通常设计成扭振系统,通过扭转梁实现微镜转动时的结构抗扭。将扭转梁设计成折叠形式,可以减小扭转梁的抗扭刚度,但扭转振型仍有可能未成为系统的一阶主振型。因此,通过提高系统镜板的转动惯量和设置刚度调节棒,改进系统的振型模态分布。最后,对优化后结构进行了理论计算和基于ANSYS的有限元软件仿真,结果均表明优化后结构能有效改善微镜的扭转谐振特征。 展开更多
关键词 扫描光栅微镜 结构优化 刚度调节 有限元仿真
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低量程抗冲击双轴微加速度计设计 被引量：2
4
作者 帅清 石云波 +1 位作者 赵锐 张志峰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期92-95,100,共5页
针对常规武器弹药的外弹道信息测量过程中,低量程MEMS加速度传感器在上万g_(n)过载环境下的损坏问题,本文提出了一种双轴抗冲击微加速度传感器,可以实现抗过载3×10^(4)g_(n)量程50 g_(n)的指标要求。有限元仿真结果表明:在50 g_(n... 针对常规武器弹药的外弹道信息测量过程中,低量程MEMS加速度传感器在上万g_(n)过载环境下的损坏问题,本文提出了一种双轴抗冲击微加速度传感器,可以实现抗过载3×10^(4)g_(n)量程50 g_(n)的指标要求。有限元仿真结果表明:在50 g_(n)载荷作用下,加速度计敏感单元在Y轴位移为1.476μm,灵敏度为0.730 pF/g_(n),在X轴位移为1.476μm,灵敏度为0.382 pF/g_(n)引入嵌入式双轴叉齿止挡缓冲结构的加速度传感器,在3×10^(4)g_(n)过载作用X轴下的梳齿最大位移为3.129μm,Y轴下的梳齿最大位移为3.042μm,均小于最小梳齿间距4μm,有效避免了短路。最大等效应力X轴,Y轴分别为180.880 MPa和85.136 MPa,均远小于硅(Si)的许用应力。 展开更多
关键词 双轴加速度计 抗冲击 电容式 低量程 嵌入式止挡结构 微机电系统
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面向柔性钳位型尺蠖致动器提速驱动的协同切换控制 被引量：1
5
作者 孟令臣 闫鹏 +1 位作者 刘鹏博 张志名 《光学精密工程》 北大核心 2025年第1期96-106,共11页
研究了一类柔性钳位型尺蠖致动器的钳位-驱动协同机制和控制方法,提出一种基于实时钳位状态信息的高速钳位切换策略。该策略利用柔性钳位机构的寄生运动信息缩短钳位交替时间,获得相同设计下更高的驱动速度。依据柔性钳位型尺蠖致动器... 研究了一类柔性钳位型尺蠖致动器的钳位-驱动协同机制和控制方法,提出一种基于实时钳位状态信息的高速钳位切换策略。该策略利用柔性钳位机构的寄生运动信息缩短钳位交替时间,获得相同设计下更高的驱动速度。依据柔性钳位型尺蠖致动器的结构配置,建立钳位机构的寄生运动静力学模型,并完成仿真验证。进一步分析基于实时钳位状态信息的钳位切换机理,完成基于实时钳位切换的驱动设计,搭建实验系统进行测试验证。实验结果表明:单步切换时间缩短了28%,在相同设计与驱动电压斜率下,连续多步驱动速度可提升33.6%。在合理误差范围内,实验结果验证了理论推导与仿真分析的准确性。该驱动策略可有效减小尺蠖驱动的单周期时间,实现连续稳定驱动,最终达成尺蠖致动器驱动速度的提升。 展开更多
关键词 柔顺机构 尺蠖致动器 寄生运动 协同切换控制
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压电四维测力仪扭矩测量精度提升
6
作者 张军 张鹏 +3 位作者 滕玄德 蔡佳乐 王郁赫 任宗金 《光学精密工程》 北大核心 2025年第10期1584-1593,共10页
现有压电式四维力测量方法中,扭矩有通过侧向力解算和直接测量两种方式,解算法适用性广但受分力间交叉耦合影响大,直接测量理论精度较高但传感器布置方式受限。本文提出通过传感器内增加石英晶组,不依赖传感器特殊布置而实现扭矩直接测... 现有压电式四维力测量方法中,扭矩有通过侧向力解算和直接测量两种方式,解算法适用性广但受分力间交叉耦合影响大,直接测量理论精度较高但传感器布置方式受限。本文提出通过传感器内增加石英晶组,不依赖传感器特殊布置而实现扭矩直接测量的四维力测量方案。首先,确定传感器布局方案,在现有三向力测量基础上,各传感器内新增剪切力测量晶组用以测量扭矩;定义传感器加工、装配过程的误差,建立两种测量方法下扭矩测量误差传递模型,通过数值仿真对比测量精度上的差异;设计制备了测力仪,对测力仪关键尺寸进行参数化分析;开展静、动态性能检定实验,在此基础上,开展了多点扭矩加载标定实验,利用两种测量方案计算扭矩。实验结果表明:测力仪最大非线性误差、重复性误差<0.5%,向间干扰<3%,测力仪各向固有频率>1400 Hz,静、动态性能符合设计要求;多点扭矩加载实验中新方案均方误差降低83.4%,最大测量误差降低26.5%。验证了新方案在提高扭矩测量精度方面的有效性,具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 扭矩测试精度 四维力测量 四向力传感器 测力仪设计 参数化分析
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抗磁悬浮静悬浮特性及动态响应研究
7
作者 刘保国 赵柠柠 +1 位作者 张坤 冯伟 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第1期218-221,共4页
常温下利用抗磁性实现物质稳定悬浮的抗磁悬浮技术拥有无摩擦、低阻尼、弱刚度与无需外界输入能源的特性,在传感测试领域具有广阔的应用前景。提出了一种由长方体永磁体和圆形高定向热解石墨组成的抗磁悬浮系统,并对悬浮热解石墨片的稳... 常温下利用抗磁性实现物质稳定悬浮的抗磁悬浮技术拥有无摩擦、低阻尼、弱刚度与无需外界输入能源的特性,在传感测试领域具有广阔的应用前景。提出了一种由长方体永磁体和圆形高定向热解石墨组成的抗磁悬浮系统,并对悬浮热解石墨片的稳定悬浮进行了理论分析,采用有限元仿真软件COMSOL Multiphysic^(TM)5.5建立了抗磁悬浮系统的仿真模型,分析了系统结构参数对抗磁悬浮系统静悬浮特性的影响,建立了抗磁悬浮系统的动力学模型,研究悬浮热解石墨片对水平外界激励的响应情况,为抗磁悬浮技术的应用研究提供参考依据。 展开更多
关键词 抗磁悬浮 热解石墨片 稳定悬浮 悬浮高度 振动响应 有限元仿真
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S型柔性结构的柔度建模与验证分析
8
作者 余明伟 李宗轩 +2 位作者 张德福 李清雅 徐佳坤 《机械传动》 北大核心 2025年第2期131-137,共7页
【目的】现有文献对柔性铰链的分析大多基于Euler-Bernoulli梁模型,忽略了剪切挠度的影响。为进行更精确的柔度计算,基于Timshenko梁模型和旋量变换理论,针对由直梁柔性单元组成的一般柔性机构建立了其柔度分析模型。【方法】以S型柔性... 【目的】现有文献对柔性铰链的分析大多基于Euler-Bernoulli梁模型,忽略了剪切挠度的影响。为进行更精确的柔度计算,基于Timshenko梁模型和旋量变换理论,针对由直梁柔性单元组成的一般柔性机构建立了其柔度分析模型。【方法】以S型柔性结构为例进行柔度分析,研究了柔性结构的尺寸参数对柔度的影响;然后,利用有限元分析和实验测试平台对样件的平动柔度进行了测量。【结果】结果表明,解析值、仿真值和实验测量数据的符合性较好,最大相对误差为7.16%。以Timshenko梁模型和旋量变换理论为设计依据,设计者可根据柔性结构的柔度等要求确定几何参数。该柔性结构的研究对其他铰链的结构设计提供了新思路。性机构的柔度模型,并以实例分析了柔性结构关键尺寸参数对柔度的影响。通过有限元仿真与实物实验,验证了该柔度建模方法的准确性。 展开更多
关键词 柔性机构 Timshenko梁 旋量变换 柔度矩阵
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固定翼微型飞行器MEMS姿态控制单元设计
9
作者 贺子树 赵锐 +2 位作者 石云波 李祥宇 李鹏 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第8期84-87,共4页
针对微型飞行器(MAV)在姿态控制方面的需求,提出了一种具有静电驱动、翼面偏转和攻角检测能力的MEMS姿态控制单元。该单元通过蠕动电机提供驱动力,通过翼面偏转模块执行翼面的控制,通过角度检测模块对翼面的偏转进行检测。有限元仿真分... 针对微型飞行器(MAV)在姿态控制方面的需求,提出了一种具有静电驱动、翼面偏转和攻角检测能力的MEMS姿态控制单元。该单元通过蠕动电机提供驱动力,通过翼面偏转模块执行翼面的控制,通过角度检测模块对翼面的偏转进行检测。有限元仿真分析结果表明,在32V驱动电压下,控制单元产生250.8mN的驱动力,实现±11.03°的双向翼面偏转。 展开更多
关键词 微型飞行器 姿态控制 角度检测
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激光/可见光双波段复合光电制导组件共口径光学系统设计
10
作者 唐利孬 聂志强 +1 位作者 任丽 牛霞 《光子学报》 北大核心 2025年第6期200-214,共15页
设计了一套激光/可见光双波段复合光电制导组件共口径光学系统。共口径光学结构可以压缩系统尺寸,可见光成像子系统可以获得目标的高清图像,激光接收光学子系统可以对目标反射的激光光斑中心进行高精度定位测量。整个系统入射光通光口径... 设计了一套激光/可见光双波段复合光电制导组件共口径光学系统。共口径光学结构可以压缩系统尺寸,可见光成像子系统可以获得目标的高清图像,激光接收光学子系统可以对目标反射的激光光斑中心进行高精度定位测量。整个系统入射光通光口径26.7 mm,可见光成像系统F数为3,在5 km的作用距离内可识别出4.6 m×2.3 m的车辆类目标,在15 km的作用距离内可识别出10 m×10 m的建筑类目标;激光接收光学子系统全接收视场±5°,线性接收视场±1.3°,截获距离大于8 km。整体光学系统长度为90 mm,宽度为44.5 mm。加入机械结构后体积为93.6 mm×68 mm×50 mm,重量为227克。该系统结构简单紧凑,装调难度低,适用于光电制导组件小型化发展趋势,具有非常高的实用价值。 展开更多
关键词 光学设计 光电制导组件 共口径 可见光成像系统 激光接收光学系统 四象限探测器
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传递矩阵法分析平面椭圆柔顺机构的动态性能
11
作者 胡俊峰 廖弘 +1 位作者 徐旺 张俊 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第11期215-221,共7页
为了分析平面串并联椭圆柔顺机构的动态性能和力学传递关系,提出一种新型的基于传递矩阵法的振动力学模型。将平面椭圆柔顺机构分解成许多易于用矩阵形式表达的简单力学特征元件,采用传递矩阵法描述其力学状态量的传递关系。将椭圆型柔... 为了分析平面串并联椭圆柔顺机构的动态性能和力学传递关系,提出一种新型的基于传递矩阵法的振动力学模型。将平面椭圆柔顺机构分解成许多易于用矩阵形式表达的简单力学特征元件,采用传递矩阵法描述其力学状态量的传递关系。将椭圆型柔性铰链视为拉伸和弯曲变形的变截面梁,应用材料力学理论建立反映其自振性能的传递矩阵。将杆件视为刚体,运用动量矩定理建立其动力学模型,得到描述平面振动刚体的传递矩阵。依据柔顺机构特征元件的联接特点,将结构元件的传递矩阵进行拼装并得到总体传递矩阵。总传递方程以椭圆柔顺机构的输入、输出端状态矢量为未知变量,矩阵中的元素为机构结构参数和频率的函数,应用边界条件,可得平面串并联柔顺机构的特征方程,通过求解齐次方程可得系统的固有频率。将外力纳入传递矩阵,建立反映外力激励与系统的关系的扩展传递矩阵以求解系统的频率响应。通过平面串联椭圆柔性铰链机构及3RRR并联柔顺机构的动态性能分析,结果表明所建立模型的正确性,能精确描述平面椭圆柔顺机构力学性能。 展开更多
关键词 传递矩阵法 椭圆柔顺机构 固有频率 频率响应
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地基大型光学望远镜消旋机构综述
12
作者 陈宝刚 瞿竟越 《光学技术》 北大核心 2025年第5期596-603,共8页
消像旋机构是地基大型光学望远镜保证成像清晰的关键执行机构,在运用中必须满足高精度、结构紧凑、形变小等要求。随着对望远镜的性能和功能要求不断提高,望远镜的光学系统也更加丰富,消旋机构的结构设计也迎来新的挑战。为了寻找消旋... 消像旋机构是地基大型光学望远镜保证成像清晰的关键执行机构,在运用中必须满足高精度、结构紧凑、形变小等要求。随着对望远镜的性能和功能要求不断提高,望远镜的光学系统也更加丰富,消旋机构的结构设计也迎来新的挑战。为了寻找消旋机构的可行方案,给消旋机构的研究人员提供系统的参考,文本聚焦于地平式望远镜的发展需求,介绍了像旋特点和不同光学系统对应的消旋机构,进行整理、汇总、分类和对比,最后综合各消旋机构的特点,对消旋机构未来的发展趋势做出展望。 展开更多
关键词 地基大型光学望远镜 消旋像机构 K镜 物理消旋
原文传递
基于多传感器协同的智能装配系统标定方法研究
13
作者 徐一宾 杨小龙 +3 位作者 罗昌铭 魏宇康 慈斌斌 王禹林 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第11期95-102,共8页
针对多传感器(混联机器人、转台、线激光扫描仪、激光跟踪仪)协同标定流程分散、坐标系转换误差累积严重制约复杂工件的全域测量精度的问题,提出一种融合转台三维偏心修正与多传感器协同标定的智能装配系统标定方法。其中,线激光扫描仪... 针对多传感器(混联机器人、转台、线激光扫描仪、激光跟踪仪)协同标定流程分散、坐标系转换误差累积严重制约复杂工件的全域测量精度的问题,提出一种融合转台三维偏心修正与多传感器协同标定的智能装配系统标定方法。其中,线激光扫描仪结合标定块的几何特征,建立和转台的坐标系转换关系;同时,基于激光跟踪仪对混联机器人基坐标系的全局标定及转台旋转中心的三维几何建模,解决转轴倾斜与偏心引起的非线性误差问题,并且以转台和激光跟踪仪坐标系为媒介,进行了系统的整体标定。实验表明,以上结合所提算法可将线激光传感器与转轴标定误差从0.10 mm降低至0.06 mm,机器人位置误差达0.08 mm,为毁伤元装配等精密工程场景提供了可靠的技术支撑。 展开更多
关键词 多传感器协同标定 三维偏心修正 激光跟踪仪 线激光 混联机器人 转台
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基于细分插值技术的光栅干涉MOEMS加速度计
14
作者 杨鹏 金丽 +1 位作者 解琨阳 李孟委 《微纳电子技术》 2025年第3期135-141,共7页
为了解决光栅加速度计信号全量程线性化的问题,提出了一种基于细分插值技术的光栅干涉微光机电系统(MOEMS)加速度计。首先阐述了光栅干涉式加速度计的敏感机理,即通过两束衍射光之间的光程差变化引起的干涉光强变化实现加速度检测,然后... 为了解决光栅加速度计信号全量程线性化的问题,提出了一种基于细分插值技术的光栅干涉微光机电系统(MOEMS)加速度计。首先阐述了光栅干涉式加速度计的敏感机理,即通过两束衍射光之间的光程差变化引起的干涉光强变化实现加速度检测,然后利用仿真对所设计的加速度计结构进行优化设计。由于光栅干涉式加速度计输出信号为单路正弦信号,因此采用细分插值电路技术,结合90°相移和高精度直流偏置电压技术,将具有正弦特性的模拟信号转换为线性变化的标准增量数字信号输出,大大抑制了细分插值过程中两路正交信号的相位、幅值和偏置误差。实验结果表明,所设计光栅干涉MOEMS加速度计灵敏度可达591.484 V/g,结合83倍的细分插值因子,将分辨率提升至39.18μg。该设计为实现高分辨率MOEMS加速度计提供了一种新的途径。 展开更多
关键词 加速度计 微光机电系统(MOEMS) 光栅干涉 细分插值 线性化
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尺蠖粘滑复合式压电直线驱动器的设计
15
作者 罗孟涛 崔玉国 +3 位作者 李翔玮 梁荣喜 张增 许凯航 《压电与声光》 北大核心 2025年第5期908-913,共6页
为实现压电驱动器的快速驱动和大负载能力,提出了一种尺蠖粘滑复合驱动式压电直线驱动器的新构型。首先,基于结构一体化的思想设计了钳驱一体式定子,该定子体积小,结构紧凑;其次,基于增粘减滑的思想提出了双定子异步驱动式压电直线驱动... 为实现压电驱动器的快速驱动和大负载能力,提出了一种尺蠖粘滑复合驱动式压电直线驱动器的新构型。首先,基于结构一体化的思想设计了钳驱一体式定子,该定子体积小,结构紧凑;其次,基于增粘减滑的思想提出了双定子异步驱动式压电直线驱动器,分析了其减小位移回退机理;再采用有限元仿真软件ANSYS对定子的变形、应力及驱动器运动特性进行仿真分析;最后搭建了实验系统,测试驱动器的运动特性及负载能力。实验结果表明,在异步驱动下驱动器的输出位移具有良好的线性,位移回退率较单定子模式降低了39%,其最大速度为10.8 mm/s,最大水平负载为60 g,最大垂向负载为1.2 kg。 展开更多
关键词 压电直线驱动器 一体式定子 尺蠖粘滑 异步驱动 增粘减滑
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基于GA-最小二乘优化的MR阻尼器数值模型研究
16
作者 李乾晗 王涛 《工程力学》 北大核心 2025年第S1期268-275,共8页
磁流变阻尼器作为近几十年来在土木工程领域广泛使用的半主动控制装置,对于其力学机理的模拟已有了长足的发展,MR阻尼器的参数模型存在考虑建模方法局限,精度与效率不能兼得的缺陷;基于非线性参数识别和人工智能方法建立的非参数模型却... 磁流变阻尼器作为近几十年来在土木工程领域广泛使用的半主动控制装置,对于其力学机理的模拟已有了长足的发展,MR阻尼器的参数模型存在考虑建模方法局限,精度与效率不能兼得的缺陷;基于非线性参数识别和人工智能方法建立的非参数模型却缺乏物理意义,且极度依赖训练数据的规模。基于现状,该文提出一种考虑阻尼器响应滞后特性的双曲正切模型,使用阻尼器特性试验数据对模型进行验证;为了使得模型能考虑输入特性的影响,计算了模型参数的灵敏度系数,并使用GA-最小二乘优化的方法识别了灵敏度较高的参数,优化了MR数值模型的准确性,使用与试验结果的均方根误差(MSE)评价了优化效果。 展开更多
关键词 磁流变阻尼器 双曲正切模型 响应滞后 灵敏度系数 参数识别
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多运动组共轨型紧凑变焦光学系统
17
作者 谢佳儀 王治乐 +2 位作者 于东辉 王泽奇 黄莉雯 《光学精密工程》 北大核心 2025年第11期1713-1721,共9页
传统变焦系统广泛运用的机械补偿型变焦结构在一定程度上存在总长较大、结构笨重的问题,难以符合小型化设备对光学系统体积和质量的严格约束。为了解决上述问题,讨论了多运动组变焦系统稳定成像原理,提出了一种基于多运动组共轨型结构... 传统变焦系统广泛运用的机械补偿型变焦结构在一定程度上存在总长较大、结构笨重的问题,难以符合小型化设备对光学系统体积和质量的严格约束。为了解决上述问题,讨论了多运动组变焦系统稳定成像原理,提出了一种基于多运动组共轨型结构的紧凑变焦光学系统模型,以五组元变焦系统为设计载体,详细阐述了从设计指标制定到高斯解分析再到优化方案的完整设计流程,并通过性能评估验证了设计结果的有效性。设计结果表明:该系统采用3片玻璃透镜与7片塑料透镜组合,用69 mm总长实现了23~69 mm三倍连续变焦,其中F数为2.4~4.5,像高为8.49 mm,工作波段为435~650 nm,系统质量控制在30 g以内,全视场全焦段成像质量优良,变焦曲线平滑无拐点。该多运动组共轨型紧凑变焦光学系统设计模型在固定行程条件下扩大了单个运动组元的有效移动范围,在压缩变焦系统轴向尺寸的同时,保障了连续变焦过程中的像质稳定性,为实现变焦光学系统的紧凑型设计目标提供了有效路径。此外,通过透镜材料玻塑混合配置方案实现了系统的轻量化。 展开更多
关键词 光学设计 连续变焦 多运动组 紧凑型光学系统
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面向遥操作机械臂的三维柔性触觉传感器
18
作者 商珂 祝佳航 +1 位作者 陈大鹏 宋爱国 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第8期311-320,共10页
传统三维力传感器在应用中存在如剪切力与法向力耦合,柔性不足,解耦算法复杂等问题,制约了其在遥操作机器人精密作业场景中的应用。针对上述问题,提出了一种基于单层环形正弦化磁膜的三维磁性触觉传感器,旨在实现对三维力的实时解耦测... 传统三维力传感器在应用中存在如剪切力与法向力耦合,柔性不足,解耦算法复杂等问题,制约了其在遥操作机器人精密作业场景中的应用。针对上述问题,提出了一种基于单层环形正弦化磁膜的三维磁性触觉传感器,旨在实现对三维力的实时解耦测量。该传感器通过单层磁膜结构实现了三维力自解耦,避免了传统三维力传感器的多维力耦合与对复杂算法的依赖。经标定实验测试,该传感器性能优秀,具备高灵敏度和高精度特性。其可在Z轴方向测量0~15 N的力,灵敏度为0.0147 kPa-1,均方根误差为0.0015 mT。在X与Y轴方向则覆盖-5~5 N的测量范围,灵敏度分别可达0.0203与0.0209 kPa-1,均方根误差则分别为0.002与0.0019。同时,传感器本体由柔性结构设计,兼具了低功耗、高输出频率等特点。在滑觉控制实验中,在机械臂末端执行器上构建了滑觉控制策略。通过在增广智能夹爪上安装所设计的触觉传感器,使得该系统能够实时监测夹爪与物体接触面间的法向力与切向力,并结合增量式PID控制策略,在检测到滑动发生后迅速调整夹持力,实现对动态增重容器的稳定抓取。该实验平均响应时间为113.3 ms,验证了引入该传感器的滑觉控制策略在实际应用中的稳定性与可靠性。 展开更多
关键词 三维力传感器 遥操作机器人 磁性触觉传感器 自解耦
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基于微流控芯片和细胞检测的单细胞分离方法 被引量：1
19
作者 梁权伟 关一民 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第3期76-79,83,共5页
为了实现高通量、高准确性和高克隆活性的单细胞分离。提出了一种基于微流控芯片和单细胞检测的新型单细胞分离方法。并对该方法在检测仓鼠卵巢细胞亚株(CHO-K1)细胞的准确性以及分离后的单细胞克隆活性进行了研究。首先,以CMOS-MEMS微... 为了实现高通量、高准确性和高克隆活性的单细胞分离。提出了一种基于微流控芯片和单细胞检测的新型单细胞分离方法。并对该方法在检测仓鼠卵巢细胞亚株(CHO-K1)细胞的准确性以及分离后的单细胞克隆活性进行了研究。首先,以CMOS-MEMS微流控芯片为核心,设计了识别640个喷嘴轮廓并定位喷嘴号的图像算法,将单细胞图像送入训练好的卷积神经网络(CNN)中,检测轮廓清晰、形状合适的单个细胞。然后,微流控芯片上的加热电阻通过解码数据通电,利用热发泡喷墨打印原理将单个细胞瞬间喷射到指定位点,将识别到的单细胞连续打印。实验结果表明:CHO-K1单细胞检测平均精度可以达到94.03%,单克隆存活率可以达到87.18%。与有限稀释法(单细胞率提高70.42%,单克隆率提高66.68%)相比,该方法的性能显著提高。 展开更多
关键词 单细胞分离 微流控芯片 热发泡喷墨打印 有限稀释法
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一种基于双向热膨胀流的MEMS陀螺研究
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作者 马炫霖 朴林华 刘珺宇 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第6期32-39,共8页
提出并验证了一种基于双向热膨胀流原理的MEMS陀螺,陀螺通过加热器的瞬时温度变化产生气流,进而导致热敏电阻的温变,并转换成相应的输出电压,最终实现对Z轴角速度的准确检测。为了进一步提高陀螺性能,降低交叉耦合,同时优化制备工艺,需... 提出并验证了一种基于双向热膨胀流原理的MEMS陀螺,陀螺通过加热器的瞬时温度变化产生气流,进而导致热敏电阻的温变,并转换成相应的输出电压,最终实现对Z轴角速度的准确检测。为了进一步提高陀螺性能,降低交叉耦合,同时优化制备工艺,需对所设计的陀螺结构进行优化设计。首先,需借助COMSOL Multiphysics仿真软件,针对敏感元件的位置分布、摆放方式以及单、双向热膨胀流等因素对灵敏度的影响展开深入探究。通过系统性的仿真分析,明确最优的敏感元件摆放位置范围,确定平行摆放方式为最佳选择。其次,从理论与仿真结果两方面论证,双向热膨胀流能够实现更高的输出灵敏度,并且在抑制耦合方面表现更为出色。最后基于以上研究,对该MEMS陀螺进行流片制备,并所对制作的基于双向热膨胀流的MEMS陀螺进行性能测试并分析陀螺的不足。测试结果表明,在加热器的驱动信号为2.5 V、50%占空比、10 Hz方波的情况下,该陀螺能够在±600°/s范围内检测角速率,灵敏度为3.04 mV/(°·s^(-1)),非线性度为7.09%。实验结果与数值模拟相符,该陀螺具有灵敏度高、抑制交叉耦合和工艺简单等特点,可用于电子设备、航天和医学仪器等领域。 展开更多
关键词 热膨胀流陀螺 有限元分析 MEMS工艺 无掩膜光刻
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