【高校科研成果】北京理工大学(一) 现代气动电子技术团队
2025-12-2316
王涛，北京理工大学副研究员。担任中国机械工程学会流体传动与控制分会委员、全国液压气动标准化技术委员会委员。主持和承担了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、“863”项目、国际合作项目等20余项。发表学术论文80余篇（SCI/EI检索40余篇），授权专利25项。获得国家科技进步二等奖1项、中国机械工业科学技术一等奖1项、二等奖1项。主要从事现代气动测试技术、气密性检测与泄漏定位技术、气动伺服控制系统等相关领域的研究。
研究团队核心成员包括：王涛、王波、任帅、陈金兵4名教师，全部具有多年的科学研究、工程实践、成果转化等实战经验，在硬件设计、软件开发、系统集成等方面专业背景深厚。同时研究团队还包括博士生1名，硕士生17名。主要研究方向为：
①智能传感与气密性检测技术；
②面向智能制造的现代气动电子技术；
③气动伺服控制系统与仿人机械手；
④新型气动元件的研究与开发；
⑤气动技术与医学（呼吸）交叉研究。
（1）便携式气体泄漏采集单元是一款面向现场检测与移动监测场景的小型化设备，集成32颗超声波麦克风，采用MEMS+FPGA+USB架构，将采集的声学与光学信号实时传输至上位机或移动终端。
气体泄漏采集单元
（2）高精度泄漏检测仪是一款支持远距离、实时定位与可视化展示的智能检测设备。基于MEMS+FPGA+ARM异构架构，并在摄像头画面中直观标注泄漏点位置。设备配备7英寸高清显示屏，实现现场数据的实时呈现与交互操作，显著提升用户体验。
高精度泄漏检测仪
（3）便携式泄漏检测仪是一款专为现场巡检与移动监测设计的紧凑型智能设备，内置32颗高灵敏度超声波MEMS麦克风，采用MEMS与ZYNQ相结合的系统架构，完成声光信息的协同采集。搭载3.5英寸彩色显示屏，支持泄漏信息的即时图像化呈现与位置指示。
便携式泄漏检测仪
便构建了基于IO-Link的气动设备管理系统。该系统将IO-Link主站集成到边缘控制器中，实现了高效的数据处理和智能控制。该系统通过工业以太网连接PLC和HMI以人机交互，并对系统的运行状态实时监测与管理。该系统将IO-Link应用到多种气动设备，其中包括了阀岛、压力传感器、流量传感器、位置传感器、压力控制阀、真空发生器、比例换向阀和行程开关。通过IO-Link的标准化数据接口，实现了对这些设备工作状态的统一采集、诊断和管理。
设计了用于机械通气的气动伺服控制装置。装置由减压阀、比例电磁阀、压力、流量传感器、可拆呼气模块组成，集成度高，体积小，整体尺寸为200?mm×130?mm×80?mm；装置集成有创机械通气和无创机械通气模式，具备空氧比例混合功能，可以在流量控制通气或压力控制通气的同时保证氧气浓度可调；装置配有可拆呼气模块，不仅可以实现呼气末正压的连续、精确调控，还可进行消毒灭菌操作，防止交叉感染；装置通过自适应控制策略增强鲁棒性，实现呼吸力学参数改变时控制效果的优化。装置在有创机械通气模式下压力控制精度±2%，流量控制精度±2.5%，调节时间300?ms左右，氧浓度控制精度2%左右；在无创机械通气模式下压力控制精度±2%，流量控制精度±2.5%，调节时间200?ms左右。
为了进一步拓展压电技术在气动系统中的应用，我们利用压电双晶片技术设计了一种用于医用呼吸机的快响应、高流量、低功耗气动比例阀。设计的压电阀整体尺寸为78?mm×41?mm×13?mm，包括4个不同直径（2.2?mm、2.6?mm、3.0?mm和3.4?mm）的喷嘴。压电阀阀体为铝合金材质，由高精度机械加工制造，阀盖为感光树脂材质，采用3D打印技术和SLA紫外光固化制造。与传统电磁阀相比，这种设计具有制造成本低、生产步骤简洁和机械重量轻的优点。该阀门的工作压力超过4?bar，最大流量超过120?L/min，响应时间不超过10?ms，功耗仅为70?mW。
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