基于负载变化的超声振子电学性能试验研究

针对超声波加工中振幅衰减和振幅不稳定现象,通过超声振子的静态加载试验,分析了轴向与径向加工负载力对超声振子电学特性的影响规律,以及超声振子电学参数的变化对超声振幅的影响机制。结果表明,超声振子的电学参数在径向负载力与轴向负载力的影响下有相似的变化趋势,即超声振子谐振频率与动态电阻随着负载力的增加而单向增大,动态电感与动态电容有相反的变化趋势,二者的综合效果使谐振频率随着负载力的增加而增大,静态电容在一定范围内波动,当超声振子所受的负载力增大到一定值时,超声振子的低频谐振点会消失。依据理论分析与试验研究结果,提出了改善振幅衰减和振幅不稳定现象的措施。     

高温高Q腔法介电性能测试系统稳定性研究

经测试原理分析,证明了高温空腔(测试腔体内无样品)特性(主要指谐振频率和品质因数)的准确性和稳定性是保证样品高温介电性能测试结果准确性和稳定性的必要条件.进行了室温～1 600℃定点温度下恒温时间为3、5和8 min、7～18 GHz的空腔特性测试,结果表明谐振频率相互之间相对偏差±0.05%,品质因数相互之间相对偏差<±5%,验证了恒温时间为3 min时可获得准确的高温空腔特性数据.还在不同时间不同季节多次对空腔进行了室温～1 600℃、7～18 GHz空腔特性测试,结果表明谐振频率之间相对误差<±0.04%,品质因数之间的相对误差<±5%,进一步验证了该测试系统可获得准确稳定的测试结果.     

不同环境因素对引压管腔动态特性影响

为了探索引压管腔在动态压力校准和使用中不同环境因素对动态特性的影响,推导了管腔传压模型和谐振频率关系式,确立了影响管腔动态特性的参数,包括静态压力、温度、气体介质等。采用引压管腔专用实验装置进行了不同环境参数状态的实验验证,结果表明:静态压力仅会影响管腔在谐振频率附近的输出,随着静态压力的增大而非线性增大,对动态特性并无明显改变;温度会改变管腔的谐振频率和动态特性,随着温度的升高,谐振频率增大但输出幅值随之减小;气体介质的不同会彻底改变管腔动态特性,主要取决于介质的声速。该研究为引压管腔在使用环境下数据的评价和数据修正上提供了一定参考依据。     

超临界正癸烷同轴剪切喷注热声振荡数值模拟

以液体火箭发动机同轴剪切喷嘴燃烧室作为研究对象,对超临界压力下低温正癸烷向高温正癸烷喷注过程中,由于高温正癸烷被快速冷却导致密度剧烈变化进而引发的热声振荡现象进行数值模拟。研究了出口压力、高温正癸烷流动速度与温度、低温正癸烷喷注速度与温度对热声波振幅与频率的影响。结果表明：当高温正癸烷被快速冷却时,其自身体积快速收缩,同时由于附近高温正癸烷的惯性导致压力先增大后减小,快速交替变化,从而产生热声波在高温正癸烷中传播。热声波振幅与频率的大小主要由高温正癸烷在不同压力与温度下的热物性决定。热声波的频率随着高温正癸烷声速增大而增大;热声波的振幅由高温正癸烷的相对压力系数与温度变化率共同决定。     

一种惯性导航用减振器的低温工作特性

使用带有环境温湿度箱的电磁振动台进行一种航空惯性导航用减振器(JZ-2）的低温动态性能测试,研究了该型减振器的低温(-70℃~20℃）工作特性,得到该减振器的谐振频率以及放大倍数在温度降低条件下的变化规律,并将谐振频率与温度的关系推广至压剪型硅橡胶减振器,为航空器用惯性导航设备在高寒地区的设计以及使用提供参数依据。研究结果表明,当温度低于室温,压剪型橡胶减振器的低温谐振频率与温度的关系符合一阶指数衰减函数。     

双工器的频率温度系数

详细叙述了测试GSM移动通信基站中900MHz和1800MHz两种双工器的频率温度系数的方法和具体数据;从网络理论和实际工艺两方面分析了双工器因温度变化产生较大频率偏移的主要原因,总结出预防频率偏移的设计方法.     

无温度传感器的金属振动陀螺温度补偿

金属振动陀螺是一种低成本、长寿命的新型简并模谐振陀螺,其结构相对简单,加工相对容易实现。但是,金属材料的温度系数和热膨胀系数大,其受到温度变化的影响明显,温度漂移对器件最终性能的影响较为明显。因此,对金属振动陀螺进行温度补偿,可以显著提高器件性能指标。建立了金属振动陀螺的温度模型,确定环境温度对器件谐振频率和零位偏移的影响关系。研究发现,金属振动陀螺谐振频率的温度系数具有超高线性度,可以替代温度传感器的作用,直接用谐振频率作为温度补偿量的输入。基于温度模型,进一步建立了温度漂移补偿模型,计算金属振动陀螺谐振频率的温度系数和零位偏移的温度关系,并对金属振动陀螺的温度漂移进行补偿。通过实验结果验证,金属振动陀螺谐振频率的温度系数为0.0536 Hz/℃,线性度达3.4×10~(-6),零位偏移和温度呈二次曲线关系,温度补偿后,金属振动陀螺的随机漂移可降低65%左右。     

电容式微机械陀螺温度特性研究及温度补偿

电容式MEMS角速率传感器零位的全温稳定性是其实用化的最重要的技术指标之一。分析了陀螺工作原理,从传感器敏感表头的空气阻尼、谐振频率等方面分析了机械结构的温度特性,得出了在全温区内驱动力与传感器零位输出的相关性。根据对陀螺表头和接口电路的温度特性分析,设计了恒定跨导高线性度的运算放大器,实现了全温低相位偏移、低幅值偏移的接口ASIC,并在高压N阱COMS工艺下流片。通过驱动力信号对零位进行温度补偿,包含了机械结构刚度和空气热阻尼等因素的影响,理论上比单独的谐振频率补偿更准确,而且驱动力信号可直接由接口电路给出,避免复杂的采样。在-40℃60℃的温度范围内进行零位温度循环测试,驱动力幅值对零位输出进行三阶拟合补偿,补偿后全温零位温度漂移小于26.7(°)/h(1σ)。     

谐振腔隔板对微波等离子推力器特性的影响

为了探索微波等离子推力器谐振腔内电介质隔板对腔内电磁场及谐振频率的影响规律，用时域有限差分法（FDTD）和离散Fourier变换（DFT）法，对内有隔板，谐振模式为TM011模的谐振腔电磁场及谐振频率进行了数值分析，计算结果表明，隔板的存在不但使腔内轴向电场强度减小，而且使腔的谐振频率向低频方向偏移，隔板厚度愈厚，引起的轴向电场强度的减小和频偏愈大，这些结论为谐振腔隔板的设计，选材，以及谐振腔的设计和调谐提供了理论依据。     

石英振梁加速度计温度特性及补偿研究

首先推导了一种石英振梁加速度计偏值K0、标度因数K1的计算公式,并进行了K1温度特性计算仿真,结果和试验数据相吻合.其次通过计算及试验验证,在-40℃～80℃范围内,双端固定谐振梁的温度特性曲线为抛物线,存在温度拐点,频率变化小于8Hz,同时给出了约束条件下谐振梁的温度试验结果.最后进行了仪表温度模型标定及补偿研究,试验结果表明:经过补偿,在工作温度范围内,仪表偏值变化优于1mg,标度因数变化优于5×10-5.     

同轴非稳腔凸镜的涡流管冷却及稳定性

横向激励大气压(Transversely excited atmospheric,TEA)CO2同轴非稳腔激光器凸镜因热积累发生变形,对输出光束质量影响显著。为了改善TEA CO2同轴非稳腔激光器输出光束质量,采用涡流管低温气流冷却凸镜。应用有限元方法模拟计算了涡流管低温气流冷却对凸镜镜面热变形的影响,计算结果表明,随着激光器工作时间的延续,涡流管冷却对TEACO2同轴非稳腔激光器凸镜热积累导致的变形有较为显著的改善。实验实时监测了单脉冲平均能量18.3 J,激光器工作频率3 Hz,连续运行300 s,的光束模式。没有涡流管冷却时衍付极限信数因子β值由3.52变化到6.94,采用涡流管冷却后,β值仅由3.50变化到3.88。结果表明,涡流管冷却对提高光束质量稳定性有明显效果。     

高低温环境金属橡胶减振器阻尼性能试验研究

针对金属橡胶材料的轴向强非线性特性对原有基于曲线拟合的比阻尼测试方法进行改进,消除拟合误差,从而提高测试精度.以高温和低温等极端环境下的阻尼减振需求为背景,对设计制作的固支圆盘金属橡胶减振器进行高温和低温环境下的阻尼性能试验研究.研究结果表明,金属橡胶减振器在低温-70℃至高温300℃的温度范围内具有良好而稳定的阻尼性能,动态平均刚度随温度升高有所下降,阻尼性能和承载能力对温度的依赖性远小于粘弹性阻尼材料.     

HTPB复合固体推进剂粘弹特性研究——动态抗张模量的时间、温度依赖性

利用RHEOVIBRN DDV-Ⅲ-EA型动态粘弹谱仪,在频率为110,35、11,3.5Hz,温度为-150～200℃及频率为0.3,0.03,0.01Hz,温度为-80～30℃的恒定频率,测定了HTPB复合固体推进剂动态抗张特性温度谱.以线性粘弹及热流变简单性作为基本假设,采用折合变量的数据处理方法,将恒定频率的动态抗张模量温谱曲线迭加成参考温度为20℃时的动态抗张模量主曲线,并用一般化的Maxwell模型级数式给予定量的数学描述;还将图解得到的偏移因子温度曲线处理成修正的WLF方程,从而为药柱强度分析提供该推进剂材料的动态粘弹参数.     

液态水相变发散冷却的实验

以液态水为冷却介质,采用高温合金粉末烧结多孔材料制造平板实验件,实验研究了具有液态水相变的发散冷却特性.用远红外热像系统记录实验平板热端表面温度分布,通过热电偶及压力传感器监控冷却腔内温度和压力变化,从而分析液态水的相变过程.实验表明:随着液态水注入率的增大,平均冷却效率不断提高;当液态水在暴露于高温主流的平板表面发生气液相变时,平均冷却效率趋于稳定且不再大幅上升;主流温度与液态水注入率决定了液态水的相变位置,并对冷却腔内压力变化产生影响.      

基于FPGA的半球谐振陀螺频率跟踪技术

半球谐振陀螺谐振频率的跟踪精度与稳定性很大程度上决定了陀螺的性能。通过分析半球谐振陀螺的频率特性以及锁相环基本原理,设计了基于锁相环的半球谐振陀螺频率跟踪方案,并用FPGA进行全数字化实现。半球谐振陀螺采用真空封装,内部温度难以测量,然而其谐振频率与温度具有很好的线性相关性,因此可采用谐振频率对陀螺温度进行测量。传统的频率跟踪方案一般采用模拟锁相环实现,其缺点是频率值隐含于输出的正弦波中,无法供后继测量模块使用,本文所设计的FPGA全数字方案可弥补这一缺陷。根据陀螺谐振频率与温度之间的关系,给出了利用跟踪频率测温的分辨率公式并进行了相关实验。实验结果显示,谐振频率为4440Hz时频率跟踪稳态相对误差可达10-7量级,利用跟踪频率测温的分辨率可达0.0042℃。     

负载对超声加工声学系统特性的影响

以一维超声振动系统为研究对象,以点、线、面三种不同的加载方式对工件进行加载,研究了负载对超声加工声学系统特性的影响。实验表明,当以点、线的加载方式对工件进行加载时,载荷的变化对声学系统特性各参数的影响不大;而当加载方式为面接触时,机械品质因数Qm、谐振频率fs和动态电阻R随着载荷F的增大有明显的增大趋势,动态电容C和最大电导Gmax却随着载荷F的增大而减小。     

液液同轴离心式喷嘴动态特性理论研究

为了研究液液同轴离心喷嘴的动态特性，通过理论方法建立了同轴喷嘴中内喷嘴、外喷嘴的传递函数。其中内喷嘴传递函数参考了Bazarov的喷嘴动力学理论。基于非定常伯努利方程，结合压降振荡条件下喷嘴内液体不同速度分量变化量之间关系的分析，推导了外喷嘴的传递函数。通过将内外喷嘴独立的传递函数相结合，获得了同轴喷嘴总流量振荡以及氧燃比振荡的幅频特性。对一具体同轴喷嘴进行了计算，结果表明，内喷嘴在计算频率范围内会出现敏感频率点。在压降振荡同相位情况下，高频时内外喷嘴之间流量振荡相位差较大。通过仅改变内喷嘴或外喷嘴切向孔的数目，对氧燃比1.65，富燃及富氧三种同轴喷嘴整体动态特性进行了分析。三种同轴喷嘴的计算结果中均发现了新的敏感频率点。     

边界层厚度对腔体气动声学特性影响数值模拟

为了研究来流边界层厚度对开式腔体气动声学特性的影响,基于分离涡模拟方法,计算了来流马赫数为2.0条件下,不同来流边界层厚度与腔体深度比时,长深比为5.88的腔体流动特性,得到了该腔体声压级的频谱特性.计算结果表明:随着来流边界层厚度增加,形成的剪切层稳定性增强,失稳后上下摆动幅度减少,失稳生成的大尺度涡与超声速主流的相互作用减弱,使得大尺度涡发展到腔体后缘时所具有的平动动能和转动动能降低.大尺度涡撞击腔体后缘在腔体内形成的气动噪声的声压级降低,最大减小幅度达7.5dB.同时各阶模态的频率也发生偏移,偏移值在100Hz左右.基于新的假设重新推导了Rossiter公式,明确了经验常数的物理意义,并以此解释了频率偏移现象.      

非接触供电旋转超声加工系统负载特性研究

在旋转超声波加工过程中负载的变化会引起振幅衰减,进而造成加工精度和加工效率降低。本文针对非接触供电旋转超声加工系统在加工过程中振幅衰减的问题,首先,通过静态加载实验,获得了负载对超声振子电学参数的影响规律;其后,在此基础上进行了超声振子的非接触能量传输系统的加载实验,得到负载对能量传输特性的影响规律。实验结果表明,超声振子的电学参数受负载力大小、负载力方向和被加工材料特性的共同影响而发生改变,超声振子电参数改变引起了非接触供电超声系统输出功率的改变,进而导致了振幅衰减的问题;本文采用了串联谐振下主边串联电容、副边并联电容的电路补偿方式来减小振幅的衰减。本文的研究成果为解决振幅衰减问题提供了实验依据。     

高阻尼6013Al／SiCp／Gr复合材料中的内耗峰及其阻尼机制

采用喷射共沉积方法制备了6013Al/SiCp/Gr 混杂金属基复合材料(MMC),研究了其阻尼性能.结果表明该材料在150～200℃有一温度内耗峰,随频率增加该峰峰位向高温移动.升降温测得该内耗峰的激活能分别为2.21eV和1.27eV,且降温测试时出现的内耗峰与升温测试时的内耗峰相比,峰位显著向低温移动,峰高降低.分析认为,该峰为非线性弛豫型内耗峰,它是在热与应力的双重作用下,由位错拖曳点缺陷运动所致,符合位错诱生阻尼机制.