摘要：该文设计、制作并测试了一种用于实时三维超声成像的电容式微机械超声换能器(CMUT)二维面阵。根据二维面阵指向性分析,设计了中心频率1 MHz、阵元间距0.7λ(λ为波长)的16×16阵元CMUT二维面阵,并利用硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合工艺完成了CMUT二维面阵的加工。通过对CMUT二维面阵进行电容-电压(C-V)测试,发现静态电容测试值与设计值基本一致,测量了CMUT二维面阵中64个阵元的电容,测量的平均电容为26.3 pF,其标准差为4.27 pF,验证了所制造的器件具有良好的均匀性。在水中测试了CMUT二维面阵的超声发射和接收功能,得到测试距离与实际距离偏差不到1%,实验表明,不同距离下CMUT的发射和接收能力良好。

摘要：针对日益严峻的煤矿大巷群冲击问题,以某矿中央大巷复合构造区为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测与工程实践相结合的方法,研究大巷群重复冲击致灾机制及防治方法,得到如下结论:(1)中央大巷复合构造区冲击地压是在特定地质环境和工程结构叠加作用下,以静载为绝对主导的自发型冲击;(2)冲击后巷道围岩抗冲击能力下降和煤体应力恢复性增长是冲击地压重复发生的根本原因,没有支护的厚底煤承受高集中应力,成为能量释放的突破口,表现为底煤冲击;(3)采用顶板超长孔水平分段压裂技术对中央大巷复合构造区进行区域卸压,通过压裂,使原本完整较好的坚硬目标岩层内形成数量众多、方位和长度不一的网状裂缝,大幅减弱岩层的整体强度,破碎后的岩层可视为塑性垫层,能起到吸收部分能量和减弱上覆顶板应力传递的作用,使应力由“硬传递”转化为“软传递”,进而降低压裂区域下方煤层的整体静载水平,使其无法恢复到冲击地压发生所需临界载荷,实现了降低冲击致灾风险的目的。

摘要：采用菲涅耳-基尔霍夫衍射理论建立了存在刻线弯曲和刻线位置误差的光栅衍射谱成像数学模型,分析了上述误差对光栅光谱性能的影响。针对刻划刀架系统运行不稳定问题,设计了一套光学测量结构,并提出了刻划刀架系统的机械改进方案:采用双侧柔性铰链式结构代替原有的鞍型滑块与刻划刀架的固定连接方式。最后,进行了刻划刀架系统运行稳定性测试和光栅刻划实验。刻划刀架运行稳定性测试实验表明:改进后的刻划刀架系统运行稳定性比改进前有显著改善,位移曲线重复性误差PV值由127nm降低到13nm,降低了约89%。光栅刻划实验表明,刻划刀架系统改进后,光栅光谱性能有明显的改善,光栅杂散光得到了有效抑制。得到的实验结果与仿真分析结果较为一致,为提高机械刻划光栅质量提供了理论及技术保障。

摘要：为了实现以光电二极管阵列为传感器,以光阻法为原理对高速运动下的微粒进行精确成像和测量,设计了一种可对光电二极管阵列所生成的多路瞬变信号进行快速响应的前端信号调理电路。该前端信号调理电路包含有128个信号调理电路单元,每个信号调理电路单元均由互阻放大电路、后级信号放大电路、分压射随电路和比较电路组成。经试验测试表明,对大小不同的粒子高速经过采样区时光电二极管阵列因粒子对光源的阻挡所产生的微弱瞬变信号,该电路均能快速有效地进行处理,可满足仪器对高速运动粒子进行成像测量的性能要求。

摘要：为了满足自主研发的X波段动态核极化系统(DNP-NMR/MRI)对探头的需求,设计制作了用于动态核极化的TM_(110)模式圆柱形谐振腔探头.通过理论分析计算得到了探头腔体的初步尺寸,进而利用软件对其完整结构做进一步的仿真优化,并测试了基于优化参数设计加工的探头的性能参数.完成了探头在自主研制的场强为0.35 T的DNP-NMR/MRI系统上的测试,得到了大于50倍信噪比(S/N)增强的质子信号,同时获得信噪比增强的磁共振影像.

摘要：数字图像处理技术能够快速准确的提取粗集料的形态特征数据,进行粗集料形态特征评价。将粗集料的图像导入计算机利用Matlab软件进行图像处理,粗集料的图像经过消除噪声、图像分割、二值化、边缘提取以及颗粒数据分析,进而得到粗集料形态特征指标参数,包括粗集料长短轴、粗集料矩形度、粗集料圆形度、粗集料棱角性以及粗集料针片状含量。对粗集料图像进行分析处理后发现图像处理技术能够快速提取粗集料的特征参数,且比人工间接测量方法更加快捷准确。研究表明:最小阈值法能够很好地提取出粗集料的轮廓图像,进而完成粗集料图像的参数采集。石灰岩粗集料矩形度随着棱角性、长轴的增大而呈减小的趋势,石灰岩粗集料圆度随着棱角性、长轴的增大而呈增大的趋势;石灰岩粗集料颗粒的棱角性随长轴变化并不明显,曲线趋于平缓,样本棱角性在1.1左右,角度变化并不大;石灰岩粗集料针片状含量为0。研究有助于提升粗集料颗粒的质量控制,控制沥青混凝土使用性能,推动集料检测技术发展。

摘要：低场核磁共振(low-field NMR)谱仪常采用钕铁硼(NdFeB)永磁体提供静磁场.NdFeB对温度非常敏感,磁体温度变化会引起磁场漂移,影响NMR实验的可靠性.为提高低场磁共振谱仪的稳定性,本文提出了一种基于双回路控制算法的磁共振永磁体精密温度控制方案,并在0.06 T磁共振谱仪上进行验证.结果表明:24 h内控温精度达到±0.005℃;相比无温控时,质子共振频率0.5 h内漂移量由255 Hz减小至15 Hz,24 h内漂移量由4 950 Hz减小至145 Hz,有效提高了低场磁共振谱仪永磁体的稳定性.

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：为了降低零模波导照明系统的成本、缩小尺寸,设计并完成衍射光栅、光波导以及零模波导的片上集成,并对集成化芯片的微纳结构及性能进行验证。采用时域有限差分法对集成化芯片进行了仿真设计,基于微纳加工手段制备出片上衍射光栅、光波导以及零模波导阵列结构,对微观结构进行表征,并借助荧光微球对芯片的性能进行验证。通过荧光微球测试,制备的集成化芯片可以实现荧光微球的有效激发;通过微观结构表征,衍射光栅周期为(352.8±2.6)nm,齿宽为(155.3±2.4)nm,刻蚀深度为(67.8±3.5)nm;光波导芯层的宽度为(504.05±10.35)nm,高度为(184.9±8.9)nm;零模波导直径为(200.2±6.4)nm,深度为(301.3±7.6)nm,满足设计要求。芯片尺寸为22 mm×22 mm,最小线宽为155 nm,通过8个衍射光栅、约1000条光波导以及数十万个零模波导阵列结构的片上集成,为零模波导的照明提供了一种紧凑且有效的解决方案。

摘要：为明确输入光纤及其定位误差对光纤离轴抛物面反射准直器出射光准直特性的影响,采用光线追迹法,针对不同光纤的实测输出,进行仿真研究。结果表明,同样的准直器参数下,输入光纤纤径越粗,对旋转定位误差越敏感,输入光纤纤径越细,对位移定位误差越敏感。相同的反射焦距下,大离轴角、短母焦距准直器下出射光束指向更稳定;小离轴角、长母焦距准直器下出射光束的角度能量分布更稳定。研究结果为高精度法布里-珀罗定标源等角度能量分布敏感光学系统中的准直器参数设计和光机结构稳定性要求提供了参考。