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基于组合材料实验设计的高通量智能控制系统的研究

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第一章 绪 论

1.1基于组合材料实验设计的高通量智能控制系统的研究背景

1.2 国内外高通量测试系统的研究现状

1.3 基于组合材料实验设计的高通量智能控制系统框架

1.4 本文的主要研究内容与创新

1.5 本论文的结构安排

第二章 理论介绍

2.1 材料介电特性高通量表征系统的需求分析

2.2 常用的介电特性表征方法

2.3 材料介电特性高通量表征的理论

2.4 测试系统工作原理

2.5 本章小结

第三章 硬件设计

3.1测试系统总体设计方案

3.2同轴谐振腔探测器设计

3.3距离反馈模块设计

3.4运动系统集成

3.5系统结构设计

3.6本章小结

第四章 软件设计

4.1软件开发平台及软件结构设计

4.2反演算法

4.3各模块控制软件设计

4.4人机界面设计

4.5 本章小结

第五章 设计实物与测试分析

5.1 测试系统实物展示

5.2 测试系统测试结果与分析

5.3 本章小结

第六章 全文工作总结与后续展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

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摘要

近年来随着半导体芯片工作频率的不断提高,移动通讯的普及和微波技术高速发展,介电材料在宽频带的微带电路与微波集成电路得到了广泛应用,对通信、传媒、国防和天文学非常重要。采用组合材料实验设计的研究方法可以显著加快频谱响应介电材料的研发进程。组合材料实验是材料科学的一个重要部分,它的基本思想是通过有限的步骤能够在一个基片上一次制备大量的材料样品,再通过某种方法快速对材料芯片进行表征并筛选出所需新材料,从而加快新材料研发进程。然而,目前基于组合材料实验设计的高通量制备及表征系统具有操作难度大、数据分散不系统、智能化程度低等问题,制约了组合材料实验设计技术在材料学研究中的应用。为实现材料样品的高通量制备与筛选,提高新材料研发效率,对复杂材料体系潜在规律的探索,进而建立材料“成分-处理-结构-性能”关系数据库,智能材料设计,奠定了基础。因而,设计和实现基于组合材料实验设计的高通量智能控制系统具有重要意义。本文在对现有的基于组合材料实验设计的高通量制备及表征系统进行调研和研究的基础上,提出了一种基于组合材料实验设计的高通量智能控制系统的框架,并以材料介电特性高通量表征系统为例,说明了基于组合材料实验设计的高通量制备及表征系统设计的主要过程。
  本研究主要内容包括:⑴深入调研当前基于组合材料实验设计的高通量制备及表征系统的国内外研究现状、工作原理以及存在的问题,并提出一种普适基于组合材料实验设计的高通量智能控制系统框架和实施方案。⑵从测试系统研究需求出发,对微波显微技术进行深入的理论研究,对测试系统原理和设计方案进行了理论分析与论证。⑶为了完成对材料复介电常数高通量表征系统实物设计,进行了同轴谐振腔探测器仿真设计、距离反馈模块、运动控制模块及系统结构等硬件设计工作。⑷根据测试系统工作原理和工作流程,完成了对测试系统软件结构和控制流程设计,实现对网络分析仪、运动系统、距离反馈模块的过程控制与数据采集。⑸对设计测试系统实物进行安装调试,获取测试数据并通过与文献资料上的记载值进行比对,从而验证了该测试系统的测量能力满足预先制定的设计指标。

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