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2026-01-16
重力輔助式Z自由度壓電慣性雙向平順驅(qū)動(dòng)研究

壓電慣性作動(dòng)器是精密裝備的關(guān)鍵技術(shù)之一，但其固有工作模式難以實(shí)現(xiàn)平滑運(yùn)動(dòng)，阻礙了大規(guī)模商業(yè)化。本文提出一種“重力輔助”壓電慣性作動(dòng)器，僅用一個(gè)激勵(lì)源即可實(shí)現(xiàn)雙向平滑驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)主動(dòng)利用壓電疊堆與柔性機(jī)構(gòu)的接觸行為，提升垂直裝配時(shí)的雙向一致性。其核心策略是：借助輔助重力平衡前向位移突增與后向回滑，同時(shí)利用定子寄生運(yùn)動(dòng)的鎖緊力調(diào)節(jié)。通過(guò)動(dòng)力學(xué)建模闡明工作機(jī)理，有限元法完成結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案可行。在重力輔助下，雙向位移線性擬合相關(guān)系數(shù)R2達(dá)0.9999，即使負(fù)載推力等效于1.35N（約為現(xiàn)有成果的3.3倍）仍能維持高精度。最大速度304.73mm/s，分辨率5.3nm。該設(shè)計(jì)尤其適用于Z自由度驅(qū)動(dòng)，已成功應(yīng)用于顯微成像系統(tǒng)。

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2026-01-16
一種基于兩級(jí)放大機(jī)構(gòu)的高速尺蠖型壓電驅(qū)動(dòng)器：設(shè)計(jì)、建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

尺蠖式壓電作動(dòng)器在精密儀器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有尺蠖壓電作動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)足間距大，難以實(shí)現(xiàn)交替驅(qū)動(dòng)及驅(qū)動(dòng)足的高輸出速度。本文設(shè)計(jì)了一種基于兩級(jí)放大機(jī)構(gòu)的尺蠖壓電直線作動(dòng)器，通過(guò)兩級(jí)放大機(jī)構(gòu)放大驅(qū)動(dòng)足輸出位移，并以交替驅(qū)動(dòng)方式提升作動(dòng)器定子的驅(qū)動(dòng)效率。該作動(dòng)器僅含三片壓電疊堆和一套兩級(jí)放大機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局緊湊，易于實(shí)現(xiàn)交替驅(qū)動(dòng)。利用偽剛體法對(duì)柔性鉸鏈及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，建立了作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型：運(yùn)動(dòng)學(xué)求解杠桿長(zhǎng)度與三角結(jié)構(gòu)角度，動(dòng)力學(xué)計(jì)算整機(jī)固有頻率。有限元分析獲得作動(dòng)器的仿真放大比，用以評(píng)估、驗(yàn)證理論計(jì)算并進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的兩級(jí)放大尺蠖壓電直線作動(dòng)器在135V、70Hz驅(qū)動(dòng)下，最大速度可達(dá)5.53mms?1。

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2026-01-16
基于聲光偏轉(zhuǎn)效應(yīng)的聲場(chǎng)重建實(shí)驗(yàn)

水下聲信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)引起介質(zhì)折射率的變化，當(dāng)激光穿過(guò)聲擾動(dòng)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)折射率的空間變化引起激光束的偏轉(zhuǎn)，利用位置敏感探測(cè)器（PSD）感應(yīng)激光的偏轉(zhuǎn)信息，可以反演出聲場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)信息。激光束的偏轉(zhuǎn)可以被分解為平面內(nèi)和沿平面法向方向兩部分，利用這兩個(gè)部分可以分別計(jì)算得到聲壓和聲壓梯度值。同時(shí)利用邊界延拓方法可以顯著提高基爾霍夫積分定理聲全息方法的重建性能。

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2026-01-16
管道定位系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

開展基于PCM的管道定位系統(tǒng)的可行性研究：采用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生4Hz、8Hz和72Hz的多頻電流，并將信號(hào)輸出到Aigtek的ATA-308功率放大器。將輸出電流的RMS值調(diào)整為1A后，通過(guò)屏蔽電纜傳輸?shù)焦艿滥Ｐ椭校M實(shí)際場(chǎng)景中的管道檢測(cè)環(huán)境。搭建完成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，在管道周圍保持磁傳感器探頭與地面的鉛錘關(guān)系，調(diào)節(jié)磁傳感器探頭與管道模型之間的水平距離，鉛錘距離以及水平夾角，并通過(guò)卷尺測(cè)量，之后記錄不同位置下的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際情況之間的關(guān)系。

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2026-01-16
合成射流高效摻混機(jī)理研究

合成射流是一種新型主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)，其主要工作原理是利用振動(dòng)薄膜或活塞周期性地吹/吸流體，在孔口外形成渦環(huán)，這些渦環(huán)在自誘導(dǎo)速度的作用下向下游運(yùn)動(dòng)，相互融合形成射流。合成射流已被應(yīng)用于眾多流動(dòng)控制領(lǐng)域，包括摻混增強(qiáng)、傳熱增強(qiáng)、流動(dòng)分離控制等。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)粒子圖像測(cè)速（PIV）技術(shù)從瞬時(shí)流動(dòng)結(jié)構(gòu)演化的角度對(duì)合成射流高效摻混機(jī)理進(jìn)行研究。

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2026-01-16
一種實(shí)現(xiàn)彎曲波亞波長(zhǎng)聚焦的新方法

本文提出一種在單相薄板中實(shí)現(xiàn)反射彎曲波亞波長(zhǎng)聚焦的新方法。將原始平面透鏡拆分為兩個(gè)相鄰子透鏡，并通過(guò)調(diào)節(jié)其內(nèi)夾角，使來(lái)自更廣方向的反射波分量匯聚于焦點(diǎn)，從而產(chǎn)生聚焦尺寸小于半波長(zhǎng)的亞波長(zhǎng)聚焦現(xiàn)象。首先，采用Mindlin板理論求解反射波，并基于相位調(diào)制設(shè)計(jì)不同寬度的透鏡以實(shí)現(xiàn)波聚焦。隨后，通過(guò)數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證亞波長(zhǎng)聚焦效果，并系統(tǒng)闡釋其機(jī)理。值得注意的是，垂直于傳播方向的聚焦尺寸可控制在(0.4λ,0.5λ)范圍內(nèi)，且該尺寸由內(nèi)夾角精準(zhǔn)調(diào)控。研究表明，該亞波長(zhǎng)聚焦具有普適性：即使通過(guò)厚度變化或其他相位分布設(shè)計(jì)透鏡，同樣可獲得類似效果。此外，透鏡具備寬帶特性，可在以設(shè)計(jì)頻率為中心的一定頻帶內(nèi)有效工作。該方法不僅限于板中的彎曲波，亦可為電磁波與聲波操控奠定設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

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