固态原子自旋微波大功率激发天线设计

固态原子自旋磁传感器具有磁灵敏度高、体积小等优势,在精密测量领域具有很好的发展前景。面向高灵敏度固态原子自旋磁传感器对大功率高均匀微波激发天线的需求,设计了一种类环形磁耦合天线结构,通过增加不规则移相回路和环形开口结构使微波场在环形天线中心处叠加,产生大功率高均匀微波场。实验中,通过仿真得到该结构S₁₁参数为-20.8dB,微波非均匀性小于6%。同时,通过与传统环形天线对比测试,该类环形天线使固态原子自旋ODMR谱对比度提升了330%,相应的磁传感灵敏度提升了约450%,实现了对固态原子自旋磁传感结构的灵敏度提升,为高灵敏固态原子自旋传感测量技术提供了技术支撑。     

基于线性位移模式的环形谐振子理论研究

环形谐振子理论是谐振陀螺研究领域的重要内容,然而在目前经典环形谐振子理论中,仍存在很多问题尚未解决,例如：挠度控制方程不能精确求解环形结构的弯曲问题,获得的二阶弯曲角频率及进动系数理论解不能充分反映出其随尺寸参数(如高度h、曲率半径r等)变化的影响规律等。为了克服上述不足,从环形结构理论的基本假设和基本条件出发,基于环形结构的线性位移模式假设、虚功原理和哈密顿原理,建立新的环形谐振子理论,包括广义本构关系、平衡方程和边界条件等,获得环形结构静态弯曲问题的解析求解方法和动态问题的理论解。最后,针对典型的环形结构静、动态问题,通过与其他理论结果进行对比,验证了理论和求解方法的正确性。工作表明,进动系数不是恒定的,其值会随着结构尺寸的不同在0.4附近很小范围内发生变化。     

环形科氏力振动陀螺发展情况概述

MEMS科氏力振动陀螺具有体积小、质量小、功耗低的优势,在高精度姿态控制、短时智能设备导航等领域具有广泛的应用前景。其中,零偏不稳定性优于0.1(°)/h的高性能MEMS陀螺是该领域的重要研究方向。目前,以环形拓扑结构为代表的科氏力振动陀螺成为该领域的主流技术方案之一。回顾了环形科氏力振动陀螺的发展历程,综述了近几年国内外研究机构围绕该类型陀螺开展的研究热点,总结了该类型陀螺的性能优势与面临的挑战,整理了该类型陀螺潜在的发展方向,为国内外同行开展该类型陀螺结构科学研究,提高MEMS科氏力振动陀螺性能提供了参考和借鉴。     

基于Kriging代理模型的环形网状天线展开过程规划

针对环形网状天线小冲击、低能耗展开的应用需求，提出了一种基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划方法。建立了综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性的环形网状天线展开动力学模型，并针对动力学分析模型的计算耗时问题，基于Kriging模型构建了环形网状天线展开过程动力学分析的代理模型。基于此，提出了环形网状天线展开过程规划的非自适应和自适应两种优化策略，通过合理设计驱动绳索的索长收纳函数实现天线展开角加速度峰值和驱动功率峰值最小化。优化结果表明，与运动学规划方法相比，基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划能够显著降低展开角加速度峰值和驱动功率峰值；与非自适应策略相比，自适应优化策略能够在保证代理模型精度的条件下大幅度提高优化效率。该研究结果可为环形网状天线实现小冲击、低能耗展开提供一定的实际指导作用。     

基于群论的空间可展开结构自由度分析

为了开发构型新颖、生命力强、便于运输和储藏的空间可展开结构，使其满足所处环境的时间、空间等苛刻条件，适应特殊任务的实际需求，亟需开展空间可展开结构的自由度及折展性能分析。由于现有可展结构多具有一定的对称性，基于群论方法，从对称学角度解析结构可动的本质，提出判别对称体系可动性的充分条件。根据几何约束性质，运用矩阵理论和变分原理，推导了可展结构中典型构成单元的位移协调矩阵。利用对称子空间，推导了机构位移模态、自应力模态的对称表示，并以闭合环形可展开结构为研究对象，开展了结构自由度分析。研究工作有助于新型空间可展开结构的研发与设计，为可展结构及其衍生结构的进一步研究与应用提供了理论基础。     

计及横向剪切效应的环形谐振子理论研究CSCD

经典环形谐振子理论是一种基于忽略横向剪切变形假设建立的环理论,因而无法准确求解高径比较大的环问题。为了克服上述不足,基于Timoshenko理论和哈密顿原理,建立考虑横向剪切效应的环形谐振子新理论,包括广义本构关系、平衡方程和周期性条件等。利用经典的布勃诺夫-伽辽金法,并结合有限元法,获得谐振子在缓慢、匀速转动过程中二阶弯曲角频率和进动系数的理论解。研究表明,横向剪切变形会在一定程度上影响环形结构二阶弯曲角频率和进动系数的计算结果;环形谐振子的进动系数不是恒定的,它会随着高径比h/r的增大而缓慢地减小。