摘要：压电陶瓷在内燃机燃油喷射,精细电火花加工等高动态应用,对压电陶瓷驱动电源响应频率、输出功率提出更高要求。该文设计并研制了一种新型高动态大功率桥式压电陶瓷驱动电源,采用桥式输出设计,实现了电源转换速率、输出功率均增加1倍,输出带宽达到10kHz。其控制部分采用直接数字频率合成技术(DDS)实现正弦、三角、锯齿和方波的输出。

摘要：为了提高粘滑式纳米定位台对不同负载,尤其是大质量负载的适用性,设计了驱动模块化的粘滑定位平台。将质量块、柔性铰链及铰链架一体制造,将压电陶瓷致动器、预紧垫块及预紧螺钉安装在铰链架上,共同组成一个独立的驱动模块,安装在底座的槽内,在调节螺钉的作用下可调整垂直方向的位置,改变与载物台接触面间的摩擦力。对粘滑驱动平台建立动力学模型并进行仿真分析,研究摩擦力对平台性能的影响。实验结果表明,负载200g时,平台的最小步长为8.84nm,最大速度为3.727mm/s,行程约20mm;2kg负载下,未调节摩擦时最大速度为2.373mm/s,调节摩擦力后最大速度为3.063mm/s。实验证明,该设计能同时满足小尺寸、高精度、高速度、大行程及适应大负载的要求。

摘要：压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移驱动器中的重要部分。为完成内燃机燃油喷射、微细电火花加工、扫描探针电子显微镜的高速扫描、打印机及复印机的压电喷墨、高性能硬盘驱动等操作,不仅需要达到一定定位精度,而且对动态性能及有效带宽的要求也越来越高。针对在高速条件下,目前实际应用中的压电陶瓷驱动电源普遍存在带载能力显著下降,闭环频响带宽较窄等缺点,设计并研制了一种新型宽频带压电陶瓷驱动电源。该电源采用了"反馈零点"补偿及噪声增益补偿技术,具有较强的带负载能力、较短的响应时间、较宽的频带及较好的稳定性。

摘要：设计一种频率为40 kHz的指数复合型低频压电雾化喷头,建立有限元模型,通过喷头模型的模态分析和谐响应分析来测定喷头模型的振动形态、谐振频率和雾化振幅。模态在八阶时喷头为纯拉伸状态,谐振频率为39 550 Hz,在设定电压为26 V时,仿真得到雾化振幅为3.9μm。采用德国Polytec高性能单点式激光测振仪测得喷头样机的振动幅值为3.94～4.32μm,误差小于10%,符合设计的要求。采用马尔文Spraytec型激光粒度仪对样机雾滴均匀性进行测量,当驱动电压为26 V时,喷头雾化产生的雾滴直径为SymbolFC@(30～95)μm,占比超过85%,结果表明,该喷头雾化液滴分布较均匀。

摘要：压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。

摘要：针对目前胞浆内单精子注射(ICSI)效率低、对操作人员技术要求较高的问题,研制了一种批量细胞吸附固定装置。首先,基于微流道低雷诺数的特点,通过COMSOL软件进行流体仿真,分析了细胞吸附固定的机理;然后,搭建了压力控制系统,以实时检测并调节微管道内的压力,利用所设计制作的细胞吸附固定装置,结合显微操作系统对小鼠卵细胞进行大量实验并分析影响吸附固定效果的因素;最后,进行单细胞受力分析,推导得出压力泵流量与管道内压力之间、压力与细胞变形量之间的关系。得到的实验数据证明了利用细胞吸附固定装置可以实现批量细胞的自动固定,提高了注射效率。

摘要：为了能实现跨尺度纳米定位操作,研制了一个基于粘滑驱动机理的纳米定位平台。采用柔性铰链的驱动机构,在对其在垂直方向上和驱动方向上的刚度进行分析的基础上,进行尺寸优化,从而减少定位平台在垂直方向产生耦合运动。致动器采用叠堆型压电陶瓷,实验分析发现压电陶瓷驱动器在有预紧力作用下,实际位移输出小于标称位移,当预紧力越大时,压电陶瓷的实际输出位移越小。在导向方面,采用双列交叉滚柱导轨,实现了载物台的多样化设计,从而提高了定位平台的适用性。同时结合LuGre摩擦模型对定位平台进行了动力学分析,优化其结构设计。单自由度粘滑驱动纳米定位平台的最大尺寸为28 mm×34 mm×12 mm,具有10 nm的分辨率、0.021 mm/s的速度和10 mm的行程。

摘要：随着人口的老年化,智能轮椅的发展为老年人和残障人士的出行提供了极大的交通便利。文中首先建立了无刷直流电机的数学模型;然后进行了控制系统的硬件电路设计;通过对PID调节的分析,设计了双闭环直流调速系统;最后进行了系统的程序设计:完成了对智能轮椅控制系统的设计与实现。

摘要：旋转定位方法在生物组织图像扫描或细胞注射实验中有着重要的应用。文中针对生物显微镜中旋转定位功能的缺失,设计了一种紧凑型步进电机驱动的旋转工作台,提出了使用不等长十字标记对齐法来辅助定位。利用特征跟踪算法实时追踪目标,再结合倒置显微镜自身的X/Y载物台和基于图像的视觉伺服控制器,完成生物样品的定位。实验显示,定位后两十字标记角度偏差为0.462°,位置差在2~3μm,满足生物操作要求。

摘要：针对当前使用的压电陶瓷驱动电源大多存在的使用效率低、体积大等问题,提出了一种使用效率高、动态性能好的新型PWM压电陶瓷驱动电源。设计以MSK4223开关型运算放大器为核心,采用双路输出电压积分反馈的方法,提高了压电陶瓷微定位的精度,使用效率达到了80%以上,有效输出带宽可以达到2 kHz,动态性能良好,发热量小,集成度也得到了明显提高。最后对电压反馈式开关型压电陶瓷驱动电源进行了性能测试,从而验证了在动态性能要求较高的环境下应用的可行性。