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基于辅助电介质层的棱镜表面等离子体共振效应研究

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物理学报 2014年第3期63卷 165-172页

作者：张倩昀曾捷李继峰周雅斌张先辉曹海东南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

研究了一种基于棱镜基底-辅助电介质层-金膜-待测介质四层结构的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)效应激励模型.采用薄膜光学与波导理论,探索了由辅助电介质层与金膜复合而成共振薄膜对SPR效应的激励机理与调制特性.借... 详细信息

研究了一种基于棱镜基底-辅助电介质层-金膜-待测介质四层结构的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)效应激励模型.采用薄膜光学与波导理论,探索了由辅助电介质层与金膜复合而成共振薄膜对SPR效应的激励机理与调制特性.借助时域有限差分方法,数值模拟得到辅助电介质层属性与共振能量传输特性关系.在此基础上,构建了波长调制型棱镜辅助电介质层结构SPR激励系统.研究结果表明,当待测介质折射率相同时,相较基于棱镜基底-金膜-待测介质三层结构的Kretschmann激励模型,辅助电介质层激励模型共振光谱整体向长波方向偏移且半波宽度出现显著展宽效应.而当待测介质折射率增大时,辅助电介质层型激励模型的共振光谱不仅会向长波方向偏移,而且折射率响应灵敏度比棱镜Kretschmann三层激励模型高出75%.因此该模型能够为诸如高灵敏度检测、新型光学滤波与调制器件设计等领域的研究应用提供理论与实践储备.

关键词：棱镜SPR激励模型辅助电介质层折射率灵敏度共振光谱调制

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一种新型大推力直线压电作动器

振动．测试与诊断 2015年第1期35卷 163-169,196页

作者：朱鹏举时运来赵淳生南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

设计了一种新型大推力直线压电作动器,采用螺旋箝位的方式实现对压电叠堆微小位移的累积输出,实现了大推力和长行程。对该种作动器的驱动机理和作动器设计过程中的关键技术问题进行了详细的分析,包括力矩电机的转速设计、上下柔性联轴... 详细信息

设计了一种新型大推力直线压电作动器,采用螺旋箝位的方式实现对压电叠堆微小位移的累积输出,实现了大推力和长行程。对该种作动器的驱动机理和作动器设计过程中的关键技术问题进行了详细的分析,包括力矩电机的转速设计、上下柔性联轴器的扭转刚度设计、螺母和丝杠之间相关机械参数的设计以及对所选压电叠堆进行性能测试并选择其最佳工作频段。原理样机长为140mm,最大直径为45mm,重量为0.7kg,行程为40mm。在力矩电机转速为300r/min,压电堆驱动频率为100Hz时,作动器的最大输出力可达130N。

关键词：压电作动器丝杠尺蠖型大推力

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超声电机用开槽碟簧的计算与设计方法

振动．测试与诊断 2019年第5期39卷 927-933,1126页

作者：冷维杰孙志峻彭瀚旻南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

针对小型号超声电机定转子预压力加载需要,提出了基于圆锥壳体理论的开槽碟簧设计计算理论,并进行了试验验证。首先,从圆锥壳体理论出发,建立了开槽碟簧在简支条件下受轴向载荷的力学模型,并基于现代数值计算理论,得到了求解该力学模型... 详细信息

针对小型号超声电机定转子预压力加载需要,提出了基于圆锥壳体理论的开槽碟簧设计计算理论,并进行了试验验证。首先,从圆锥壳体理论出发,建立了开槽碟簧在简支条件下受轴向载荷的力学模型,并基于现代数值计算理论,得到了求解该力学模型的计算方法;其次,将计算结果与有限元结果以及传统公式结果进行对比分析,并设计试验进行了验证;最后,基于开槽碟簧准零刚度特性的参数敏感性分析试验结果,提出了开槽碟簧结构设计的方法。研究结果表明,基于圆锥壳体理论的开槽碟簧计算方法比有限元方法和传统公式具有更高的准确性,相对误差在±3.5%以内,开槽碟簧的最优高厚比范围在1.5~1.8之间。该结论可为小型号超声电机用开槽碟簧的设计提供参考。

关键词：超声电机预压力准零刚度开槽碟簧参数敏感性

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基于超声作用的磁流变液阻尼器设计与分析

中国机械工程 2019年第14期30卷 1658-1664,1672页

作者：强鹭升王均山陈超王福飞南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

为减小磁流变液阻尼器(MRD)零磁场时的角动量损耗,设计了一种基于超声场作用的磁流变液阻尼器。该阻尼器内置盘型超声振子辐射超声场,可以减小阻尼器零场阻尼力矩。采用有限元法进行了超声振子动力学分析和阻尼器磁路仿真,并通过实验验... 详细信息

为减小磁流变液阻尼器(MRD)零磁场时的角动量损耗,设计了一种基于超声场作用的磁流变液阻尼器。该阻尼器内置盘型超声振子辐射超声场,可以减小阻尼器零场阻尼力矩。采用有限元法进行了超声振子动力学分析和阻尼器磁路仿真,并通过实验验证了超声振子的输出性能。基于Bingham模型得到了阻尼器的力矩模型。在高速地面负载实验台上进行了阻尼器输出性能测试和超声场调节零场阻尼实验,结果证明超声场可明显减小该阻尼器零场阻尼。

关键词：磁流变液阻尼器阻尼力矩超声场有限元分析

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超声纳米操控技术

振动.测试与诊断 2015年第2期35卷 203-211+394页

作者：胡俊辉汤强王旭南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

超声纳米操控是由超声学、纳米技术与驱动技术的相互交叉而产生的一项新技术,在纳米测量与组装、纳米加工、生物医学样品处理、微/光电子器件的制造以及新材料合成等领域有着巨大的应用前景。基于笔者的研究团队在近3年中所取得的成果,... 详细信息

超声纳米操控是由超声学、纳米技术与驱动技术的相互交叉而产生的一项新技术,在纳米测量与组装、纳米加工、生物医学样品处理、微/光电子器件的制造以及新材料合成等领域有着巨大的应用前景。基于笔者的研究团队在近3年中所取得的成果,介绍已实现的超声纳米操控功能及其工作原理、器件结构、特性与应用前景。这些操控功能包括纳米捕捉与移动、纳米旋转以及纳米聚集,将有效提升超声纳米操控技术的应用水平。

关键词：操控纳米超声压电

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高频超声换能器技术研究进展与展望

振动.测试与诊断 2017年第1期37卷 1-12+195页

作者：吴大伟南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

高频超声是超声技术前沿研究领域,可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息,在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先,... 详细信息

高频超声是超声技术前沿研究领域,可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息,在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先,介绍了超声换能器基本理论;然后,论述了高频超声换能器技术发展现状、面临技术难题及解决途径,并结合高频超声换能器研制实例予以说明;最后,对高频超声换能器技术进行了讨论与展望。

关键词：高频超声超声换能器微加工压电器件

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超声电机启动可靠性研究

中国电机工程学报 2013年第9期33卷 138-145页

作者：李华峰丁庆军陈超机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学)

作为一种在航空航天和武器系统有着广泛用途的新型微电机,超声电机的启动可靠性影响了其进一步的推广应用。该文通过理论分析将影响电机可靠启动的因素定位为定、转子摩擦界面阻力的增加以及定子的非线性振动,其中摩擦界面阻力增加包括... 详细信息

作为一种在航空航天和武器系统有着广泛用途的新型微电机,超声电机的启动可靠性影响了其进一步的推广应用。该文通过理论分析将影响电机可靠启动的因素定位为定、转子摩擦界面阻力的增加以及定子的非线性振动,其中摩擦界面阻力增加包括摩擦材料嵌入定子槽中以及摩擦材料与定子的粘接。结合仿真分析和实验研究,证明超声电机定子振动的非线性是影响电机可靠启动的根本原因,越靠近共振频率非线性越严重,而定、转子接触界面的粘接以及摩擦材料嵌入定子齿使定子谐振频率升高,也就使原有工作频率更接近共振频率,从而导致电机定频启动困难。最后提出利用定子振动的非线性,采取降频启动的方法,可有效提高电机启动可靠性,为超声电机的推广应用打下良好基础。

关键词：超声电机启动可靠性摩擦材料谐振频率

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基于杆式直线超声电机的微量注射系统

振动．测试与诊断 2019年第6期39卷 1311-1315,1366,1367页

作者：杨剑之彭瀚旻圣娟朱攀丞南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

为解决传统步进电机式注射泵尺寸较大且精度不高的问题,采用杆式直线超声电机作为注射系统的驱动元件,并通过调整驱动信号的电压和占空因数对流量进行控制。电机总体尺寸仅为4mm×4mm×15mm,弥补了传统微量注射泵体积过大的缺陷,满足便... 详细信息

为解决传统步进电机式注射泵尺寸较大且精度不高的问题,采用杆式直线超声电机作为注射系统的驱动元件,并通过调整驱动信号的电压和占空因数对流量进行控制。电机总体尺寸仅为4mm×4mm×15mm,弥补了传统微量注射泵体积过大的缺陷,满足便携式注射泵的需求。在实验中通过调控电压和占空因数,可以精确地控制超声电机注射系统的流速。在没有外加减速机构的情况下,当驱动电压峰峰值为300V、占空因数为100%时,系统流速为61.87μL/s;当驱动电压为200V、占空因数为1%时,超声电机注射系统流速为0.01μL/s,精度高于传统步进电机注射泵的最低流量0.028μL/s。说明杆式直线超声电机注射系统可以通过调整占空因数对流速进行有效的控制,并且在保持性能的前提下,使整体尺寸大幅减小,达到轻便易携的目的。

关键词：超声电机注射泵流速控制压电

低维纳米功能材料力-电-磁-热-流耦合特性与器件原理

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南京航空航天大学学报 2012年第5期44卷 629-637页

作者：郭万林王琴南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

在纳尺度,材料和器件具有与宏观材料和器件迥然不同的奇异特性,掌握其规律是实现纳米技术创新的关键。本文结合近十年关于低维纳米功能材料局域场与外场耦合和物理力学行为的研究,介绍评述碳纳米管、石墨烯、氮化硼、氧化锌等低维纳米... 详细信息

在纳尺度,材料和器件具有与宏观材料和器件迥然不同的奇异特性,掌握其规律是实现纳米技术创新的关键。本文结合近十年关于低维纳米功能材料局域场与外场耦合和物理力学行为的研究,介绍评述碳纳米管、石墨烯、氮化硼、氧化锌等低维纳米功能材料的力-电-磁-热-流耦合特性和物理力学行为的研究进展,并展望基于这类特殊性能的新型纳米器件的发展前景。

关键词：低维纳米材料纳米器件纳尺度多场耦合物理力学多尺度