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基于离焦图像模糊分析的微装配力测量

上海交通大学学报 2010年第8期44卷 1046-1050页

作者：蒋如意刘洪涛胡文梁庆华王石刚上海交通大学机械与动力工程学院

提出了一种基于机器视觉的微装配力测量新方法.拍摄微夹持器受力变形时的离焦模糊图像,通过建立微夹持器变形力和离焦量之间的关系模型,把求取变形力的问题转化为求取离焦模糊图像的离焦量问题.采用粗精两步计算来求取模糊图像的离焦量... 详细信息

提出了一种基于机器视觉的微装配力测量新方法.拍摄微夹持器受力变形时的离焦模糊图像,通过建立微夹持器变形力和离焦量之间的关系模型,把求取变形力的问题转化为求取离焦模糊图像的离焦量问题.采用粗精两步计算来求取模糊图像的离焦量,并利用微夹持器的变形曲线来拟合,拟合得到的曲线的参数即为变形力的函数,从而求得变形力.仿真实验证明了所提出的方法的有效性.

关键词：离焦模糊点扩散函数马尔可夫随机场微力测量

用于10^(-6)N～10^(-5)N微力测量的柔性铰链机构设计

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传感技术学报 2014年第11期27卷 1451-1456页

作者：蔡雪赵美蓉郑叶龙张国强天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

在基于静电场原理的微纳力值测量系统中,力值的传递与转化机构起着至关重要的作用。选择平行四边形柔性铰链机构作为其弹性元件,以实现10-6N量级的力值测量。分析了柔性铰链的数学模型,研究了其静态与动态刚度;根据系统要求确定了柔性... 详细信息

在基于静电场原理的微纳力值测量系统中,力值的传递与转化机构起着至关重要的作用。选择平行四边形柔性铰链机构作为其弹性元件,以实现10-6N量级的力值测量。分析了柔性铰链的数学模型,研究了其静态与动态刚度;根据系统要求确定了柔性铰链的目标刚度,并采用有限元方法对其进行优化设计和模态分析;分析了加工精度对铰链刚度的影响。将该铰链用于微力测量系统中,通过实验给出了刚度测试结果和力值测量结果,实验表明,该平行四边形柔性铰链满足微力测量系统对10-6N量级的力值测量要求。

关键词：微力测量柔性铰链有限元刚度

面向超低轨道保持的微小卫星微推系统方案设计及微力测量技术研究

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面向超低轨道保持的微小卫星微推系统方案设计及微力测量技术研究

作者：乔思元南京航空航天大学

学位级别：硕士

超低轨微小卫星由于轨道高度低,在军事侦察、科学探测等应用中具有独特的优势,有良好的经济效益和广阔的应用前景。同时由于轨道高度低,与传统的低轨卫星相比,超低轨微小卫星受到的大气阻力要高出几十个数量级,导致超低轨微小卫星的寿... 详细信息

超低轨微小卫星由于轨道高度低,在军事侦察、科学探测等应用中具有独特的优势,有良好的经济效益和广阔的应用前景。同时由于轨道高度低,与传统的低轨卫星相比,超低轨微小卫星受到的大气阻力要高出几十个数量级,导致超低轨微小卫星的寿命较短。因此需要对超低轨微小卫星实施轨道维持控制,而以电推为主的微推具有高比冲、无燃料消耗、价廉等特点,更适用于微小卫星的维持控制。本文基于超低轨微小卫星的轨道维持问题,提出采用新型的真空电弧推力器对超低轨微小卫星提供持续的微小控制力,并对微力进行标定。本文主要研究内容包括:首先,分析了在超低轨环境中不同摄动因素下的轨道漂移情况。基于卫星轨道的高斯摄动运动方程,用数值解分析了在超低轨大气阻力摄动和J2摄动因素作用下的轨道变化特性,计算结果表明在超低轨条件下大气阻力会使轨道高度衰减迅速,给出了衰减速率,为基于微推的超低轨轨道维持提供了理论基础和输入条件。其次,提出了基于真空电弧微推的超低轨道维持策略。在考虑J2摄动和大气阻力条件下,提出采用真空电弧微推的连续微推力来补偿摄动力;由于单个微推开关寿命有限且推力太小,本文设计了微推力簇的构型布局,在增大推力的同时提高了推力系统的可靠性。仿真分析表明通过一定的布局设计,真空电弧微推能稳定可靠地应用于超低轨微小卫星的精确轨道维持控制。接着,设计并搭建了可测量10μN的微力测量装置。基于微推的精密轨道维持关键在于单个推力的精确标定,为了验证真空电弧微推力簇对超低轨道维持动力需求的可靠性,设计并搭建了基于重力复摆的微推力测量系统。首先根据微力测量的精度和环境需求,完成以复摆为测量原理的微推力测量装置的总体方案软、硬件的设计与搭建,并对误差进行了理论分析。最后,完成了微推力测量装置的指标实测与分析。该测试系统原理简单,难度在于测量数据的处理上。为了提高测量精度,对测试系统进行了完整的频率测试、恢复系数标定实验以及标准质量验证等实验,梳理了测量流程和步骤,验证了微力测量精度可达到10μN量级,完全满足微推力的测试需求,推进了测量装置的实用化。

关键词：微推力超低轨轨道维持真空电弧微推微力测量

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Y型腔正交偏振双频激光器及微力测量研究

Y型腔正交偏振双频激光器及微力测量研究

作者：傅杨颖国防科学技术大学

学位级别：硕士

双频激光器广泛应用于干涉和光学传感测量领域,其测量精度和量程决定于双频激光器频差稳定性以及频差输出范围。Y型腔正交偏振双频激光器具有零频差闭锁、频差输出范围大、高频差稳定性等潜在优势,有望在高速大量值以及精密测量中发挥... 详细信息

双频激光器广泛应用于干涉和光学传感测量领域,其测量精度和量程决定于双频激光器频差稳定性以及频差输出范围。Y型腔正交偏振双频激光器具有零频差闭锁、频差输出范围大、高频差稳定性等潜在优势,有望在高速大量值以及精密测量中发挥重要作用。本文主要研究一体化Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁、频差稳定性及其在微力测量中的应用。为进一步改善Y型腔正交偏振双频激光器性能,推进其在精密加速度、微力测量等领域的应用提供理论与实验依据。首先对影响Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差的因素进行了系统分析。理论分析了工作点、泵浦电流以及损耗等因素对激光器闭锁阈值频差影响,实验重点研究了泵浦电流和工作点对闭锁阈值频差影响。在电流允许范围内,激光器闭锁阈值频差随泵浦电流值增大而减小;工作点越靠近增益曲线中心,激光器闭锁阈值频差越小。泵浦电流大于2.2mA时,调节激光器公共腔长获得最佳工作点,激光器闭锁阈值频差可降至几MHz。系统研究了磁场抑制Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁问题。从磁光效应出发,理论分析了磁场抑制双频激光器频差闭锁原理。利用方体线圈产生均匀磁场,通过Ansoft Maxwell软件对方体线圈内磁场分布进行了仿真分析。对横向磁场抑制Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁效果进行了实验研究,结果表明,泵浦电流为1.8mA条件下,当磁场强度大于10mT时,激光器闭锁阈值频差可降至几十KHz,实现了激光器的零频差闭锁。对Y型腔正交偏振双频激光器频差稳定性进行了研究。理论与实验研究表明,环境气流、泵浦电流稳定性以及温度分布是影响双频激光器频差稳定性主要因素。激光器自身热源带来的两子腔温度梯度随机变化成为限制激光器频差稳定性提高的关键因素。利用Y型腔正交偏振双频激光器搭建了气体膜盒结构微力测量系统,开展了静态微力测量实验研究。采用大挠度下的集中力模型对微力测量原理进行了理论推导,通过实验对微力测量系统性能进行了分析。实验表明,当力值小于7mN时,激光器输出频差变化量与待测力间成线性关系,比例因子为1.23842×10Hz/N;待测力大于7mN后,激光器频差变化量发生非线性变化。激光器频差漂移及待测力作用点成为影响微力测量系统精度的主要因素。

关键词：一体化Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁频差稳定性微力测量

基于微力测量的雾滴沉积量快速测量系统设计与试验

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中国农机化学报 2022年第5期43卷 54-60页

作者：孙诚达绍兴文理学院机械与电气工程学院浙江绍兴312000

为不用示踪剂,测量各类药液雾滴沉积量,基于电阻桥式微力传感器,设计雾滴沉积量快速测量系统。标定试验表明,采样盒中雾滴沉积量与传感器输出电压成线性关系,决定系数达到0.999,在此基础上,建立计算模型。通过选择高精度传感器、杠杆对... 详细信息

为不用示踪剂,测量各类药液雾滴沉积量,基于电阻桥式微力传感器,设计雾滴沉积量快速测量系统。标定试验表明,采样盒中雾滴沉积量与传感器输出电压成线性关系,决定系数达到0.999,在此基础上,建立计算模型。通过选择高精度传感器、杠杆对微力放大、减小摩擦阻力和优化软件设计,系统分辨率可达到0.003 3 mg/cm^(2)。系统与示踪剂法对比试验表明,水平面上和竖直面上相对误差为分别为5.13%和6.13%,有较高的测量精度。外界因素对测量的影响试验结果表明:环境温度、风速、采样液蒸发和农药种类等因素对测量精度影响较小。系统可为喷雾规律研究,提供高效测量方法,有较好应用前景。

关键词：微力测量杠杆放大雾滴沉积量快速测量

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基于宏弯损耗原理的光纤微力传感器

仪表技术与传感器 2022年第11期 12-16页

作者：杨毅湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

针对微操作/微装配系统中夹持力和装配力微小、不易感测,且微器件易变形、断裂等问题,设计一种基于宏弯损耗原理的光纤微力传感器,用于微力传感。建立了光纤微力传感器测量微小力的传感方程,仿真研究了微力传感器结构参数对传感性能的影... 详细信息

针对微操作/微装配系统中夹持力和装配力微小、不易感测,且微器件易变形、断裂等问题,设计一种基于宏弯损耗原理的光纤微力传感器,用于微力传感。建立了光纤微力传感器测量微小力的传感方程,仿真研究了微力传感器结构参数对传感性能的影响,并通过测试验证了理论模型的正确性。结果表明:基于宏弯损耗的光纤微力传感器可实现微小力的绝对测量,并且可以通过优化光纤微力传感器的结构参数,实现分辨率和测量范围的调整。文中研制的光纤微力传感器,分辨率可达6 mN。

关键词：光纤传感宏弯损耗微力传感器微力测量

基于局部特征点检测与匹配的微悬臂梁变形受力测量方法

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上海交通大学学报 2013年第12期47卷 1842-1847,1855页

作者：刘洪涛梁振宁胡文莫锦秋王石刚上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

提出了一种基于局部特征点检测与匹配的微悬臂梁变形受力测量方法.通过光学显微镜得到微悬臂梁变形前后的图像和基于放大的微悬臂梁表面的散斑纹理特征,在尺度空间中定位具有局部响应极值的LOG(Laplace of Gaussian)特征点,并在LOG特征... 详细信息

提出了一种基于局部特征点检测与匹配的微悬臂梁变形受力测量方法.通过光学显微镜得到微悬臂梁变形前后的图像和基于放大的微悬臂梁表面的散斑纹理特征,在尺度空间中定位具有局部响应极值的LOG(Laplace of Gaussian)特征点,并在LOG特征点周围提取局部仿射不变封闭区域,其质心可以作为具有亚像素精度的特征点位置.由封闭区域构造仿射不变特征描述算子并进行特征点匹配,根据匹配点的位移信息进行悬臂梁弯曲挠度曲线拟合以描述微悬臂梁的弯曲变形,并采用最小二乘法计算悬臂梁受力大小与受力点.通过对实际的微悬臂梁变形图像实验,验证了所提方法的有效性.

关键词：局部特征点仿射不变特征矢量特征匹配微力测量

基于光学和探针技术的微纳米固体实验力学研究进展

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固体力学学报 2010年第6期31卷 664-678页

作者：李喜德苏东川曾杜鹃孙立娟清华大学航天航空学院力学系北京100084

本文综述了近期微纳米固体实验力学在检测技术和设备平台方面的进展,尤其是基于光学和扫描探针平台的实验技术、方法和相关应用.探讨了不同检测技术的优势以及局限性,涉及微纳米实验力学检测中夹持、加载以及微力与微变形的检测与识别.... 详细信息

本文综述了近期微纳米固体实验力学在检测技术和设备平台方面的进展,尤其是基于光学和扫描探针平台的实验技术、方法和相关应用.探讨了不同检测技术的优势以及局限性,涉及微纳米实验力学检测中夹持、加载以及微力与微变形的检测与识别.通过相关的研究事例,介绍巧妙、创新的检测技术和系统在微纳米实验中的重要性,以及微尺度检测中所特有的检测系统与检测对象间的耦合关联等特点.

关键词：微纳米力学光学检测扫描显微镜探针变形测量微力测量力学性能

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扭转式微小力传感技术研究

传感技术学报 2013年第3期26卷 323-327页

作者：关涛刘铮郑叶龙赵美蓉林玉池天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

介绍了一种正在探索的基于扭转杠杆原理的微力测量及溯源技术,并应用弯曲扭转梁的有限元模型分析了扭转杠杆的变形,初步确定了测量方案的误差来源,而后通过对扭转杠杆的应力与灵敏度的计算,分析出各项参数对其分辨力的影响,同时推导得... 详细信息

介绍了一种正在探索的基于扭转杠杆原理的微力测量及溯源技术,并应用弯曲扭转梁的有限元模型分析了扭转杠杆的变形,初步确定了测量方案的误差来源,而后通过对扭转杠杆的应力与灵敏度的计算,分析出各项参数对其分辨力的影响,同时推导得出扭杆的扭转弯曲比,及其对系统测量误差的影响,给出设计及改进方向,并通过实验验证其理论分析结果。

关键词：微力测量扭转杠杆弯曲变形静电力