基于COMSOL Multiphysics的叉指微电极细胞传感器仿真研究

叉指微电极阻抗传感器具有快速、准确检测生物非均匀体系中细胞含量的优势。针对牛奶中体细胞含量准确检测难的问题,在COMSOL Multiphysics仿真软件AC/DC模块下的电流接口中构建了以石英玻璃为衬底,指厚100 nm,指长1 mm,指宽分别为10、20、30、40、50μm的A、B、C、D、E 5个三维金叉指微电极模型。对传感器进行了电场的仿真研究,比较了5个不同电极尺寸结构下的电场分布情况,并在频域信号下对5种尺寸的传感器加入不同细胞含量的牛奶样品后进行了仿真检测研究。结果表明,50μm的传感器结构最优,为实际的生物传感器的加工提供了很好的参考。     

恒定电流场仿真及实验装置研发

采用电导率较大的铝作为媒质开发恒定电流场实验装置,研究具有转角的汇流条电场及电位分布。首先应用ANSYS软件仿真模拟汇流条电场及电位分布,通过定义单元类型和材料属性、建立模型、网格剖分、施加边界条件、求解来绘制等位线和电力线,得到直观的电场分布,获得具有转角汇流条复杂电场的空间电位。然后根据仿真结果设计实验装置模型,开发制作恒定电流场实验装置,装置具有灵活、轻便的特点,利用新装置进行实验测试,将仿真所得结果和实验测试结果进行对比,验证了仿真实验的正确性。新实验装置可以在现有实验条件下实现,为学生进行恒定电流场实验提供了平台。     

大鼠坐骨神经时间相干电场刺激建模与仿真

外周神经无损电刺激在康复医学和神经痛治疗领域有十分重要的应用。为实现无损外周神经刺激,研究了时间相干（TI）电场在大鼠下肢导电模型中的3D分布。利用多物理场仿真软件COMSOL进行有限元分析,按照适合外周神经TI刺激的电极布置方法,首先计算并分析TI电场包络调制幅度（EMA）的3D分布,随后对EMA峰值位置和电流比的关系进行拟合,并且对比了电极面积和电极间距对刺激效果的影响;最后,用同尺寸的导电体模进行实验,验证了仿真结果。实验结果表明,在刺激电极对连线上具有明显的EMA峰值,其位置相对电极对连线中间位置的偏移量[xd]与两刺激电流比n呈指数函数关系,当电极面积取3.14mm2和电极间距取8mm时,[xd=3.54e0.04n-5.12e-0.34n]（mm）。此外,电极间距对EMA峰值及EMA峰值位置受电流比控制的灵敏度有显著影响。在适当的电极布置下TI方法可以在大鼠下肢建立起EMA峰值,该峰值可以受控移动到坐骨神经部位,从而对其产生选择性刺激。     

100 keV直流光阴极电子枪接入真空电极后的电场仿真

采用三维电场仿真软件对100 keV超快电子衍射装置的直流光阴极电子枪在接入真空电极后的整体电场进行仿真,观察真空电极的工作特性及其对电子枪的影响.仿真结果表明,高压导线与真空电极连接的金属球表面电场约为4 kV/mm,处于易引发电晕放电的范围,放置PVC保护罩可阻挡其发展至空气击穿;真空电极大气压侧的陶瓷表面电场维持一较小值,不会发展出沿陶瓷表面的沿面放电;进入真空腔部分的电极导线表面电场最大值接近17 kV/mm,远超过电子枪阴极和阳极表面,极容易产生真空电子发射而导致真空击穿.在真空电极导线外套5 mm半径表面光滑金属长圆柱可有效降低表面电场,陶瓷材质效果更好,但由于陶瓷存在高电压下的间隙击穿和气孔击穿,陶瓷加工需严格.     

电极分布对织物触摸垫电容及触控信号的影响

为优化投射式电容织物触摸垫结构,以得到优异的触控性能,针对条形电极形式,以触摸前后电容的相对变化率表示触控信号,运用仿真和实验验证相结合的方法研究不同电极宽度与不同电极间间隙对投射式电容织物触摸垫初始电容及分布的影响。结果表明,电极宽度和电极间间隙的增加使触摸垫驱动电极和感应电极间的初始电容增加,但电极宽度影响更为显著,并且触摸垫电极间的互电容呈边缘小中间大的分布状态。在电极导电率为61.6×106S/m,电极宽度约为2mm~3mm,电极间间隙在3mm左右情况下实验,结果显示,触摸垫在触摸前后的电容变化率较大,触控信号较强。     

跨步电压触电的研究

文章选择半球型电极(火线)接地后的电压分布为研究对象,建立了电场半球形分布的数学模型,通过理论推导得到电极接地电阻及电压分布函数。进而对跨步安全安定电压进行定量推导,并运用得出的结论对高压触电及低压触电事故原因进行了理论说明。     

共焦双曲柱面电极的电场及其数值模拟

将理论分析与计算机数值模拟相结合,利用复势函数法研究共焦双曲柱面电极的电场,给出其电势和场强分布函数。讨论电极形状蜕变的几种特殊情形,并通过软件Matlab画出其电场线和等势线图,以验证研究结果的正确性。为边界形状复杂的电极电场的求解提供了一种新的方法。     

不同电极数目下电磁流量计权重函数的仿真

给出了不同电极数目下电磁流量计权重函数的仿真结果.权函数表示流动横截面上特定空间位置上的流体速度对流量计输出信号的相对作用.权函数的求解对根据电磁流量计测量的电位差来推断速度分布是很重要的.通过对比不同数目电极下权重函数的分布,可以得出,电极数目越多,对流型的敏感度越小,从而可以实现对非轴对称流流量准确的测量.     

分布式仿真系统的模拟测试研究

目前国内大规模分布式仿真系统的研究手段还存在很大的不足,为此本文实现了一个大规模分布式仿真系统的模拟测试系统.该系统可模拟分布式仿真应用所涉及到的各种软硬件资源,具有模拟能力强的优点,且可通过配置文件对被模拟系统进行灵活配置,以实现对不同仿真场景的模拟测试.本文给出了该模拟测试系统的实现结构及其运行方式.     

具有环形-圆形电极的薄膜体声波滤波器（英文）

目的:研发一种新型氧化锌薄膜体声波滤波器,建模进行理论分析,并给出设计工具。创新点:提出一种氧化锌薄膜体声波滤波器的新结构。方法:用Tiersten-Stevens方程进行理论分析与计算;方程及其求解和计算简单易行。结论:具有环形-圆形电极的氧化锌薄膜可以作为体声波滤波器。圆形和环形电极具有简单和易加工等优点,并且工作模态的振动分布与材料的对称性高度一致,避免了矩形电极角点引起的电场集中等缺点。该滤波器的最优工作状态需要通过精密设计实现,本文提供了理论和计算设计工具。