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2026-01-20
基于機(jī)器視覺輔助聲鑷的自動(dòng)化液滴操控技術(shù)

自動(dòng)化液滴操控技術(shù)對(duì)于各類生化應(yīng)用具有重要意義，應(yīng)用場(chǎng)景包括但不限于重金屬離子檢測(cè)。盡管該領(lǐng)域已取得顯著進(jìn)展，但基于無(wú)接觸聲鑷、在超疏水表面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化液滴操控的相關(guān)研究卻鮮有報(bào)道。本研究提出了一種機(jī)器視覺輔助聲鑷系統(tǒng)（MVAAT），可在超疏水表面上實(shí)現(xiàn)液滴的自動(dòng)化、無(wú)接觸式操控。該系統(tǒng)能夠在超聲換能器（UST）與超疏水表面之間形成超聲駐波，進(jìn)而產(chǎn)生聲輻射力，以此實(shí)現(xiàn)超疏水表面上液滴的無(wú)接觸操控。研究引入基于工業(yè)相機(jī)的機(jī)器視覺系統(tǒng)，用于對(duì)液滴進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與追蹤，為搭載在直角坐標(biāo)機(jī)器人上的超聲換能器提供精準(zhǔn)的液滴位置信息，從而實(shí)現(xiàn)液滴的自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)與融合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的機(jī)器視覺輔助聲鑷系統(tǒng)可在超疏水表面上，沿預(yù)設(shè)路徑以超過(guò)1厘米/秒的較高速度轉(zhuǎn)運(yùn)不同體積的液滴。此外，借助視覺反饋功能，即便液滴在移動(dòng)過(guò)程中未能跟隨超聲換能器的軌跡，該系統(tǒng)仍能將液滴可靠、精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)運(yùn)至目標(biāo)位置。不僅如此，研究還實(shí)現(xiàn)了多液滴的自動(dòng)化融合與圖案化排列，充分體現(xiàn)了該系統(tǒng)的多功能性。最后，本研究將該機(jī)器視覺輔助聲鑷系統(tǒng)應(yīng)用于基于熒光的銅離子（Cu2?）檢測(cè)，驗(yàn)證了其在實(shí)際生化分析中的應(yīng)用潛力。該機(jī)器視覺輔助聲鑷系...

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2026-01-20
微流控領(lǐng)域中基于超聲空化的表面附著微納氣泡去除技術(shù)

表面附著的微納氣泡具有較強(qiáng)的抗外力特性。本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方式，探究了這類氣泡在強(qiáng)超聲場(chǎng)中的響應(yīng)規(guī)律。研究人員在微通道內(nèi)生成了接觸半徑介于2微米至20微米的表面附著微納氣泡，并通過(guò)振動(dòng)玻璃基片向其施加超聲波作用。在測(cè)試的200千赫茲以上至2兆赫茲驅(qū)動(dòng)頻率區(qū)間內(nèi)，未觀察到微納氣泡產(chǎn)生明顯響應(yīng)。與之相反，在100千赫茲至200千赫茲區(qū)間內(nèi)，微通道中會(huì)生成超聲空化泡，且這些空化泡會(huì)向表面微納氣泡遷移。隨后，表面微納氣泡與超聲空化泡發(fā)生融合，脫離基片表面，轉(zhuǎn)變?yōu)橐资芎罄m(xù)空化作用影響的游離氣態(tài)空化核。值得注意的是，該去除過(guò)程未產(chǎn)生任何可見殘留。理論分析表明，空化泡的定向遷移是由氣泡間的相互聲輻射力驅(qū)動(dòng)的。本研究證實(shí)，超聲場(chǎng)可有效去除表面附著的微納氣泡，并將其轉(zhuǎn)化為游離的氣態(tài)空化核。

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2026-01-20
基于腐蝕傾斜光纖布拉格光柵與液晶的靈敏度增強(qiáng)型電場(chǎng)傳感技術(shù)

本文提出一種基于高折射率溶液（E7液晶）中氫氟酸（HF）腐蝕傾斜光柵的溫度不敏感型電場(chǎng)傳感器。電場(chǎng)會(huì)使液晶分子的原始排列方式發(fā)生改變，進(jìn)而改變液晶的折射率。本研究證實(shí)，將液晶與氫氟酸腐蝕傾斜光柵相結(jié)合，可有效激發(fā)傾斜光柵的包層泄漏模。與未腐蝕的傾斜光纖布拉格光柵相比，本研究所提傳感器對(duì)電場(chǎng)的靈敏度顯著更高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，直徑為17.7μm的傾斜光柵，其電場(chǎng)靈敏度可達(dá)0.024dB/(kV/cm)。外界溫度對(duì)該設(shè)計(jì)的電場(chǎng)傳感器影響較小，對(duì)應(yīng)的溫度靈敏度僅為0.003dB/°C。這一特性使其在工業(yè)、醫(yī)療健康等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中極具優(yōu)勢(shì)。

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2026-01-20
用于雙電子復(fù)合實(shí)驗(yàn)的電子冷卻器高壓失諧電源系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)電子速度從冷卻速度的調(diào)控，進(jìn)而精準(zhǔn)控制實(shí)驗(yàn)中的碰撞能量，本研究開發(fā)了一套全新的電子冷卻器失諧電源系統(tǒng)。本文對(duì)該失諧電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試工作進(jìn)行詳細(xì)闡述。該失諧電源采用高壓直流電源（HVDC）與高壓放大器（HVA）串聯(lián)的架構(gòu)方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）數(shù)字控制器搭配高精度模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換（ADC/DAC）板卡，實(shí)現(xiàn)多線性電壓的設(shè)定與反饋調(diào)節(jié)。該電源的輸出最大直流電壓可達(dá)5kV，失諧電壓調(diào)節(jié)范圍為0至±1kV；核心性能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在10ppm的優(yōu)異輸出電壓穩(wěn)定度，以及10V/μs的快速電壓切換速率。本文同時(shí)描述了高失諧脈沖電流工況下，失諧電源的解耦設(shè)計(jì)與保護(hù)機(jī)制。

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2026-01-20
基于空氣耦合蘭姆波非線性指標(biāo)與自適應(yīng)加權(quán)成像的CFRP板材分層缺陷檢測(cè)

空氣耦合超聲技術(shù)能夠檢測(cè)在役碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）板材的缺陷，保障其應(yīng)用安全性。傳統(tǒng)空氣耦合超聲檢測(cè)方法通常采用線性缺陷指標(biāo)，該指標(biāo)在表征小尺寸缺陷方面效果不佳。此外，掃描步長(zhǎng)會(huì)對(duì)成像空間分辨率形成顯著限制，進(jìn)而導(dǎo)致成像空間分辨率與檢測(cè)效率之間產(chǎn)生矛盾。為解決上述問(wèn)題，本研究提出了非線性缺陷指標(biāo)與自適應(yīng)加權(quán)成像算法。其中，非線性缺陷指標(biāo)借助蘭姆波的相對(duì)非線性系數(shù)，提升了小尺寸缺陷的檢測(cè)能力；自適應(yīng)加權(quán)成像算法則結(jié)合波束寬度參數(shù)，建立了任意成像點(diǎn)與所有掃描路徑之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。此時(shí)，成像空間分辨率可進(jìn)行任意設(shè)定，徹底擺脫了對(duì)掃描步長(zhǎng)的依賴。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本研究提出的非線性缺陷指標(biāo)相比線性缺陷指標(biāo)，能夠更精準(zhǔn)地表征小尺寸缺陷。當(dāng)增大掃描步長(zhǎng)以提升檢測(cè)效率時(shí)，自適應(yīng)加權(quán)成像算法相比傳統(tǒng)缺陷概率成像算法，能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)的成像空間分辨率。對(duì)于直徑10毫米的小尺寸缺陷，本方法的面積檢測(cè)誤差僅為7.8%，而傳統(tǒng)方法的誤差則達(dá)22.4%。該方法有望應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮中在役CFRP板材的小尺寸缺陷檢測(cè)。

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2026-01-20
多功能單源聲鑷研究

聲鑷技術(shù)憑借其在各類應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出的潛力與重要作用，已備受廣泛關(guān)注。實(shí)現(xiàn)顆粒操控的一種經(jīng)濟(jì)高效且精準(zhǔn)的方法，是采用3D打印聲學(xué)全息透鏡。然而，單枚全息透鏡在顆粒操控方面的功能相對(duì)單一，存在明顯局限性。為此，我們提出一種突破該局限的方法——構(gòu)建多功能聲鑷，該裝置可實(shí)現(xiàn)多樣化的顆粒操控功能。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該方法能夠完成以下操作：實(shí)現(xiàn)矩形顆粒的定角旋轉(zhuǎn)、多模式顆粒排布、顆粒在直線上的選擇性左右移動(dòng)，以及讓單個(gè)顆粒完成兩種完全不同的運(yùn)動(dòng)軌跡。我們提出的方法為聲鑷技術(shù)提供了一種靈活且可實(shí)時(shí)調(diào)控的新方案，能夠部分替代電路復(fù)雜度較高的相控陣系統(tǒng)。

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