智能结构驱动技术及环境污水新型监测方法的研究

论文摘要

自适应智能结构是把基体材料、传感和驱动材料以及微电子处理控制系统集成或融合在一起的一个整体。这个整体不仅具有承受载荷、传递运动的能力,而且具有检测、动作、改变结构的特性。文中对微型无人机中的智能自适应增稳驱动系统中的智能驱动器进行了研究。文中首先分析了微型无人机自适应智能增稳驱动控制的必要性以及目前现有的各种智能材料的特点,并参考国外的研究成果,最终采用压电双晶片作为机翼自适应增稳的驱动器;接着对压电双晶片的相关基础理论进行了研究,并详细分析了压电双晶片的工作原理、理论模型、类型、电气连接方式。文中对本文采用的压电双晶片的结构形式及作为驱动器的电气连接方式进行了详细的分析,并对两种电气连接方式下的静、动态特性进行了试验研究。在此基础上设计了双压电双晶片并联驱动的位移放大机构以弥补压电双晶片在输出位移和力上的不足,同时对所设计的驱动器在不同负载下的静、动态性能进行了试验研究。为减小驱动源的重量和体积,使智能驱动机构可以仅仅依靠机载动力电源工作,文中设计了基于微型无人机机载电源的压电双晶片驱动电源。该驱动电源采用了开关电源技术和高压集成运放芯片,并对该驱动电源的各种特性进行了试验研究。由于光纤SPR传感器具有抗电磁干扰能力强、测量机构简单、传感部分体积小,实时动态监测、适合远程遥测等显著优点受到了世界各国科学家的重视,文中最后对光纤SPR传感器用于环境污水监测进行了初步探讨,取得了一定的研究成果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 智能结构与无人机
• 1.3 飞机增稳控制系统的必要性及发展历程
• 1.4 常用智能驱动器的分类及工作原理
• 1.4.1 形状记忆合金效应
• 1.4.2 磁控形状记忆合金
• 1.4.3 压电材料
• 1.4.4 电流变体
• 1.4.5 磁流变体
• 1.5 光纤表面等离子体波共振（SPR）传感器
• 1.6 本文研究的内容及意义
• 1.6.1 本文研究的主要内容
• 1.6.2 本文研究的意义
• 1.7 本章小结
• 第二章 压电驱动技术的基础理论研究
• 2.1 压电效应
• 2.2 压电驱动器的类型
• 2.3 压电双晶片
• 2.3.1 压电双晶片理论模型
• 2.3.2 压电双晶片的类型及工作原理
• 2.4 并联型电气连接方式的试验特性研究
• 2.4.1 静态特性比较
• 2.4.2 压电双晶片的动态特性
• 2.5 本章小结
• 第三章 压电双晶片机械驱动机构的研究
• 3.1 位移放大机构的类型
• 3.1.1 杠杆放大机构的原理
• 3.1.2 三角形放大机构的原理
• 3.1.3 压曲放大原理
• 3.2 本文所研究的位移放大机构的结构及工作原理
• 3.3 位移放大机构的性能测试
• 3.4 驱动器的空载特性
• 3.4.1 驱动器空载静态特性
• 3.4.2 空载下动态特性
• 3.5 驱动器带负载特性
• 3.5.1 静态特性
• 3.5.2 动态特性
• 3.6 本章总结
• 第四章 基于无人机机载电源的压电双晶片驱动电源研究
• 4.1 无人机机载电源规格及压电双晶片驱动电源的特点
• 4.2 转换电路的主要结构
• 4.2.1 集成高压运算放大器 PA69
• 4.2.2 对 PA69 电路的仿真
• 4.2.3 升压电路
• 4.2.3.1 反激变换器拓扑结构简介
• 4.2.3.2 控制芯片 TL5001
• 4.2.3.3 UCC37321 芯片
• 4.2.3.4 功率 MOSFET IRF630
• 4.3 升压电路的带载能力试验
• 4.4 压电双晶片驱动试验
• 4.4.1 驱动电路阶跃响应特性试验
• 4.4.2 驱动电源的正弦响应特性试验
• 4.5 本章总结
• 第五章 表面等离子波光纤传感器用于污水监测的研究
• 5.1 环境污水监测的必要性
• 5.2 表面等离子共振的原理
• 5.3 光纤 SPR 传感器用于环境污水监测的试验研究
• 5.3.1 甲基橙降解及监测机理
• 5.3.2 试验研究
• 5.3.3 试验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文