【摘 要】
：
离子交换聚合体金属合成物（Ion-exchange Polymer-Metal Composites简称IPMC）是一类离子型电致形变智能材料（EAP）,其性能类似于生物肌肉,故称之为人工肌肉,近几年受到愈来愈多的关注。IPMC质量轻、柔韧性好,可切割成任意大小和形状,可以工作在潮湿的环境中,施加较低的电压可产生较大的位移;同时,对IPMC施加机械激励使其发生弯曲变形,便能产生微弱的感知电荷。因此
【基金项目】
：
中央高校基本科研业务费专项资金博士研究生创新项目（N110603005）； 沈阳市人才开发专项资金项目“IPMC微驱动/微感知集成装置研究与开发”（项目批准号:2010010403）；
论文部分内容阅读
离子交换聚合体金属合成物（Ion-exchange Polymer-Metal Composites简称IPMC）是一类离子型电致形变智能材料（EAP）,其性能类似于生物肌肉,故称之为人工肌肉,近几年受到愈来愈多的关注。IPMC质量轻、柔韧性好,可切割成任意大小和形状,可以工作在潮湿的环境中,施加较低的电压可产生较大的位移;同时,对IPMC施加机械激励使其发生弯曲变形,便能产生微弱的感知电荷。因此,研究IPMC的感知性能,开发其力感知特性,设计基于IPMC的微力传感器;基于IPMC致动和感知性能,开发一种致动与感知一体化的夹持器,适用于潮湿工作环境,具有驱动电压低安全性高等特点,在生物医学工程、微操作机器人、仿生机器人等领域具有重大的理论意义和实用价值。本文在系统地总结国内外IPMC感知性能的研究现状的基础上,主要完成了如下工作:（1）开发了 IPMC感知性能实时在线测量平台,实现了对感知特性的在线测量。该平台可以对悬臂梁形式的IPMC施加激振力,并通过激光位移传感器获得IPMC的变形数值。测试了含水量对于IPMC感知电压的影响。进行了大量缓慢加载的实验,对IPMC材料进行感知性能的探知;根据智能材料IPMC的基本特性,通过对IPMC悬臂梁结构实验样条在不同的尺寸、激振力、激振频率下的感知响应测试,较为完整的掌握了 IPMC在各种状态下的响应数值,建立了详细的感知特性数据库。（2）结合IPMC悬臂梁力传感器的设计目标,针对IPMC感知性能的微弱信号特性,进行滤波方案的研究,采用了三种滤波方法,分别是小波变换的软阈值法、小波熵自适应阈值提取法和基于LMS（最小均方差）自适应滤波方法,通过与小波变换和小波熵等方法比较,基于LMS自适应滤波方法能使IPMC的微弱信号获得更高的信噪比和信噪比增益,滤波效果更好。（3）根据悬臂梁挠曲线微分方程,推导了大、小变形尺度下的挠曲线近似方程,并根据IPMC的力学特性进行了建模,得到了悬臂梁IPMC受力与变形的关系。设计针对IPMC感知性能测试的调理电路,包括设计开发电荷放大电路和电压放大电路,用来提取微弱的电流信号并放大电压信号使电压幅值达到信号采集模块允许的范围;设计低通滤波器进行滤波去除高频噪声;设计对数放大电路来提高IPMC微力传感器系统的动态范围。得到IPMC变形位移与感知电压的数学模型,再根据悬臂梁IPMC受力与变形的数学关系,从而建立IPMC微力传感器的灰箱理论模型。基于悬臂梁IPMC感知性能的微力传感器和调理电路等软硬件系统搭建了 IPMC微力传感器的测量平台,得到了IPMC微力传感器的实验模型,并完成了对其主要性能参数的标定。（4）通过分析IPMC致动特性的蠕变模型,采用PID控制和周期性输出反馈控制,得到了实验结果并进行分析,采用PID控制器对IPMC蠕变非线性特性进行控制,解决了 IPMC传感器在感知过程中难以测量静态载荷的问题。根据IPMC的致动和感知性能,基于IPMC悬臂梁结构的微力传感器,设计致动/感知一体化夹持器,在LabVIEW虚拟仪器的基础上搭建IPMC致动/感知一体化夹持器系统,同时考虑在显微镜下微操作的实际需要,使细胞夹持得以完成。
其他文献
随着社会经济和科学技术的不断发展,城市化进程越来越快,城市规模不断扩张。与此同时,城市人口不断扩张导致的出行不便、道路拥堵及环境污染等城市居民出行相关问题日益凸显。因此,改善公交线网运行效率低下、覆盖不均匀、居民出行舒适度低等一系列问题,进而吸引城市居民公交出行是解决城市拥堵及环境污染等问题的关键。目前,对于公交线网评价及优化的研究已经非常普遍,然而在充分考虑城市居民出行需求的前提下,同时考虑车型
背景:在非综合征型和综合征型先天缺牙中,涉及牙齿发育的遗传因素起着重要作用。与大多数病因明确的综合征型先天缺牙相比,非综合征型先天缺牙的致病基因尚未完全确定。迄今为止,已报道的与非综合征型先天缺牙有关的基因有PAX9、MSX1、EDA、AXIN2、WNT1 OA、EDAR、KDF1、GREM2、LRP6和WNT10B等。EDA/EDAR/NF-κB通路是正常胚胎发育,特别是牙齿、毛发、皮肤和其他外
随着分布式发电系统的快速发展,越来越多的可再生能源通过并网逆变器连接到电网,并网逆变器与电网之间的交互稳定性受到的影响越来越大。本文以提高并网系统的稳定性和电能质量为目标,深入研究了由逆变器控制系统非线性造成的双频耦合机理以及由硬件参数和电网参数不平衡造成的多频耦合机理,并且建立了逆变并网系统的频率耦合阻抗模型,在此基础上针对弱电网情况下系统短路比低、本地谐波源多的典型问题,提出了阻抗幅值重塑方法
当地下硐室、巷道等处于高应力开挖环境时,外部异源扰动会改变岩石所处的应力场情况,从而引发岩石的大变形、大位移,严重时甚至会发生失稳破坏、岩爆等工程灾害。但是,已有的研究通常不考虑机械破岩振动、远源爆破振动、重型机械振动等频率较低的扰动对高应力条件下岩石力学性能的影响,而实际上,低频振动引起的循环微扰动作用诱发高应力条件下岩石损伤及破坏的机制十分复杂,目前尚未形成统一的认识。因此,研究循环微扰动诱发
钒钛磁铁矿是我国重要的战略资源,是钒、钛元素的主要载体,由于铁、钛紧密共生,钒以类质同象的形式赋存于钛磁铁矿中,铁与钒、钛无法通过选矿的方法进行分离。目前,高炉流程因其处理能力大、成本相对较低而成为处理钒钛磁铁矿的主流工艺,但仍然存在高炉渣中TiO2难以利用的问题。鉴于钛的碳化/氮化物可以较低温度下发生氯化反应,本文提出以钒钛磁铁精矿为原料,采用内配碳的方式对精矿进行还原和碳/氮化,继而通过磁选获
最近几年随着非富勒烯受体材料的开发,极大拓宽了有机太阳能电池的光谱利用范围,使得电池的光电转换效率得到大幅提高,达到目前的18.2%。然而在有机太阳能电池中,由于无法直接与电极实现欧姆接触,需要使用界面材料来对电极进行修饰以提高对电荷的提取效率,进而提高器件的光电转换效率。因此对界面材料自身性能的改性和提高界面与活性层之间的相互作用,是提高有机太阳能电池工作效率的有效途径。而对界面进行改性的基础在
微合金钢由于其兼具高强度、高韧性和良好的焊接性能而成为一种多用途工程材料,广泛应用于石油、桥梁、舰船等基础行业。这类钢主要通过细晶强化和Nb（C,N）、V（C,N）等微合金碳化物/碳氮化物沉淀强化获得良好的强韧性。以超快速冷却技术为核心的新一代 TMCP（Thermo Mechanical Control Process,TMCP）可有效实现再结晶行为、相变行为和纳米碳化物析出行为的精确控制。为充
针对含碳酸盐铁矿石“分步浮选”中微细粒菱铁矿与赤铁矿和石英颗粒之间的异相团聚问题,提出微细粒菱铁矿的选择性絮凝浮选,研究分散剂和絮凝剂对絮凝浮选选择性的调控和强化,以期在正浮选阶段最大限度回收菱铁矿,提高“分步浮选”中铁回收率,并降低或消除微细粒菱铁矿对后续反浮选的不利影响。分散是提高絮凝选择性、实现良好选择性絮凝的前提。通过单矿物和人工混合矿的分散试验,研究了矿浆条件对矿浆中矿物颗粒分散和团聚行
锑掺杂二氧化锡（SbxSn1-xO2）导电粉包覆在TiO2基体表面可制备TiO2@SbxSn1-xO2浅色复合导电材料。TiO2@SbxSn1-xO2复合导电材料颜色较浅,可吸收紫外光,既具有优良的导电性能、又具有良好的耐候性及高温使用性能,可作为导电填料应用于制备各种颜色的导电高分子材料,如电磁屏蔽及抗静电材料、显示器的防辐射及抗静电涂层材料、气敏元件、红外吸收隔热材料和电极材料等。然而,由于导
高铬铸铁作为被广泛应用的耐磨材料,具有强度高、耐磨性好等优点。但由于高铬铸铁中Cr含量较高,组织中碳化物体积分数较大,导致了其明显的脆性特征。目前,通过堆焊、复合铸造等技术手段将韧塑性良好的普通碳钢或低合金钢与高铬铸铁相复合,获得了韧性良好的耐磨材料,但在实际应用中也存在一系列问题,例如结合力差、表面开裂等。本文通过不同工艺制备了高铬铸铁/低碳钢复合材料,提高了复合材料的结合性能,并通过合金化和热