基于积分器的压电陶瓷自感知执行器研究

拟用压电陶瓷执行器自感知位移,省去外部传感器．从基本压电方程出发,推导出压电陶瓷执行器晶片上自由电荷中包含的执行器位移信息,进而提出了一种基于积分器电路的压电陶瓷执行器位移自感知方法．对压电陶瓷叠堆执行器设计了电压驱动电路,同时设计了获取自由电荷的积分器电路．基于此复合电路,执行器在执行的同时,可以感知其自身的位移．该方法使得自感知电路的调节和感知信号的获取变得容易,克服了电桥法自感知电路阻抗不易匹配的不足．实验结果表明,在不同的驱动电压波形、不同的驱动电压频率下,基于积分器的压电陶瓷自感知执行器均能够很好地获取执行器的位移信号．     

压电陶瓷动态驱动电源研究

采用分立元件设计了一种基于电压控制型的可动态应用压电陶瓷驱动电源.该驱动电源由高压放大电路、功率放大电路、过流保护电路和负反馈环节构成,克服了目前常用的压电陶瓷驱动电源所存在的成本高、驱动能力不足、静态纹波大等缺点.最后对实际电路的各项性能进行了测试和分析.结果表明:该电路具有良好的动态和静态性能,能够很好的满足驱动压电微位移平台的要求.     

双振子型直线超声电机

为提供驱动精密直线进给系统所需要的低速大力矩超声电机,提出了一种双振子型直线超声电机,该电机由2个对称的利用弯曲模态作为工作模态的摇头型振子组成,每个振子包含一个压电堆--它由4片夹心PZT-4压电陶瓷片组成.研究确定了柔性支架安装位置.然后,通过仿真计算选取该电机工作模态为三阶弯曲振动B3模态.经过模拟电机工作环境并对电机进行工作测试,可得出该电机在小预压力情况下,电压峰峰值Up-p为311 V时测得最大空载速度v0为704 mm/s;预压力F0为12.69 N、 Up-p为226 V时,堵转力F为2.1 N.测试结果表明该电机基本满足驱动精密直线进给系统的要求.     

1mm压电陶瓷管式微型超声马达研究

利用微型PZT压电陶瓷管研制微型超声马达．微型压电陶瓷管外径1mm，内径0.6mm，管长5mm．微型马达工作在压电陶瓷管的第一阶弯曲振动模式下，其谐振频率约为58.5kHz．在一定的驱动电压范围内，马达的转速与电压成线性关系，当驱动电压峰峰值为90V时，转速达3500r/min． 启动力矩为7.8μNm.利用压电陶瓷管研制的微型马达与相似尺寸的其他类型的微型超声马达相比，具有更大的力矩和更高的转速．     

数字共焦显微仪压电陶瓷物镜驱动电源设计

采用模块化设计思想,设计一种数字共焦显微仪压电陶瓷物镜驱动电源,并进行测试。该电源以AT89S52单片机作为主控芯片,控制12位D/A转换器MAX538,再将D/A转换的输出电压用运算放大器HA17741构成的比例放大电路进行小电压放大,用来控制高压DC-DC转换器BYH12-200S01。电源测试时,输出电压能在16～200V内数控可调,并且精度达60mV,纹波电压小于20mV,能够满足压电陶瓷物镜驱动的电压设计要求。     

一种高输出电压的压电陶瓷驱动电源的研究

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件.PA85A是一种高压、高精度的MOSFET运算放大器.本文提出了一种基于PA85A的单端供电的新型压电陶瓷驱动电源,介绍了该电源设计原理并对其性能进行了分析和测试.该电源具有集成度高,响应速度快,驱动力强,稳定性好,输出电压高达(306.8V)的特性,能有效用于光纤光栅传感系统中.     

超声压电马达用驱动电路的设计

设计一种适应性较广低成本的压电马达驱动电路,通过实验设计并制作出频率可调式小型化压电马达驱动控制电路,能够输出两双路电信号(相位差为90°)。驱动控制行波型压电马达,输出频率范围在0-58kHz,输出电压可以通过改变变压器的匝数比进行调节(100-200V)。通过实验证实了这种驱动电路能够满足压电马达驱动的要求。     

柱面行波超声电机机构及理论研究

本文提出了柱面驱动行波超声电机,利用压电陶瓷的逆压电效应激励出圆柱壳体沿圆周方向的非轴对称振动模式,壳体沿轴向振动是同步的,避免了定子上各驱动质点与转子间接触的不均匀性。给出了该电机定子上压电陶瓷的极化、分布及驱动方式,设计了电机的固定及施加预紧方式。采用有限元分析软件ANSYS9.0对压电陶瓷和壳体构成的定子结构进行了模态及瞬态分析,确定电机定子各尺寸参数。测试电机机械输出特性指标为：最大空载转速：64r/min,最大转矩：1.8N.m。     

基于LabVIEW的压电陶瓷相移器控制系统

压电陶瓷(PZT)作为微位移的执行装置,在光学测量方面得到广泛的应用.运用虚拟仪器软件设计的压电陶瓷相移器驱动、校正与位移精度控制系统,准确方便地实现了对压电陶瓷相移器的控制.通过LabVIEW编写的程序采集数据对PZT的位移量进行分析和计算,提出一种测量PZT驱动电压与位移曲线的新方法.通过Lab-VIEW控制数据采集卡的输出电压来控制PZT的驱动,位移精度可以达到纳米(nm)量级.     

低温烧结改性PbTiO3压电陶瓷制备工艺研究

研究了添加少量低熔物SiO2作烧结促进剂的的低温烧结改性PbTiO3压电陶瓷的制备工艺,确定出能充分挖掘其优良性能的较佳工艺参数。在此工艺扌制备的陶瓷具有低烧结温度、高压电活性、大压电各向异性、高机械品质因数等优点,可应用于叠层压电降压变压器、叠层压电陶瓷滤波器等叠层压电器件方面。     

可穿戴式低强度聚焦超声治疗康复贴

本文为治疗人体软组织损伤,减轻疼痛,加快病情的好转,而设计一款可穿戴式低强度聚焦超声治疗装置.该设备采用QI标准无线充电模块为整个装置提供能源,经高转换率的集成升压电路将3.3 V转为5 V,为驱动电路提供电压,再由采用nrf24l01模块传输的遥控器控制超声发生康复贴,即STM32L151单片机结合PID算法产生1 MHz PWM波,控制驱动电路驱动压电陶瓷片产生频率为1 MHz,强度为100 mW/cm²、132 mW/cm²、150 mW/cm²三档位超声波.该装置具有体积小,充电快,重量轻,成本低,无需耦合剂,可穿戴,电-声转换效率高的特点.     

基于压电的传感器自供电系统设计方法

针对规模化养殖场通风状态监测的需求,设计风致振动压电俘能系统解决监测传感器自供电问题.自供电系统由压电俘能结构和能量管理电路组成,可将风能转换为电能.分析和测试结果表明压电式俘能结构可输出电压10.88 V,功率6.975 mW;LTspice软件仿真结果表明能量管理电路可实现电压转换,并稳定输出电压3.3 V.根据机械系统与电路系统的相似关系,对自供电系统整体建模,Matlab/Simulink软件仿真结果显示:压电俘能结构输出电压10.87 V、功率6.989 mW,自供电系统终端可输出3.3 V电压,结果与俘能结构和能量管理电路仿真、测试结果基本一致,说明系统整体建模正确,方案合理.通过现场测试,通风口处风速为2.6 m/s时,自供电系统能够输出电压3.3 V,为监测传感器稳定供电,该研究可在通风监测传感器自供电系统中广泛应用.      

压电能量俘获系统建模及仿真

针对压电悬臂梁结构能量俘获系统进行建模,利用电路系统和机械系统的相似关系,将压电俘能结构模型等效为电路系统模型;为建立压电能量俘获系统完整模型,基于LTC3588-1为核心的能量转换电路等效为降压及整流电路,并利用LTspice软件仿真验证该等效电路的正确性.在Matlab/Simulink系统中搭建压电能量俘获系统整体模型并进行仿真,根据仿真结果对模型参数进行优化.通过对实验数据对比、分析,验证系统模型的合理性,结果表明系统可以稳定输出3.3 V直流电压,最佳阻抗匹配条件下,输出功率为2.6 mW.      

一种低频压电俘能器准静态分析与能量收集试验

针对环境中的低频振动能量,基于低频悬臂梁压电结构,建立了压电俘能器的准静态振动模型,并通过数值仿真与试验对其进行了验证.结果显示,数学模型与数值仿真及试验结果相吻合.当该结构在一阶谐振（58.9 Hz）状态,且激励加速度10 m/s2时,结构开路输出电压可达86.3 V,最大输出功率为27.5 mW.另外,针对压电俘能器的能量存储问题,采用LTC3588-1芯片,设计了相应的能量采集电路,并进行了超级电容充电试验.结果显示,对0.22F 5 V超级电容充电6 000 s可达到3.6 V电压.      

基于单片机控制的压电陶瓷变压器驱动电源

以单片机及其控制电路为基础,设计了压电陶瓷变压器驱动电源,该电源为压电陶瓷变压器提供特定的振荡信号,根据压电陶瓷变压器的输出信号,适时调整输入频率,使其与压电陶瓷谐振频率一致,最大限度地保持了压电陶瓷的升压比,保证了压电陶瓷变压器的最大输出。实验数据表明,利用该驱动电源控制的压电陶瓷变压器,具有响应速度快,稳定性好,结构简单,调试方便,造价低廉,实用性强等特点,适用于压电陶瓷驱动器。     

基于压电自感知执行器悬臂梁振动控制

用一片压电陶瓷同时做传感器的执行器,基于应变速度电桥电路将应变速度信号从执行器控制电压中分离出来,制成了压电式自感式自感知执行器;针对电桥不平衡情况,设计了由比例调节和相位滞后校正组成的简单控制器。悬臂梁振动控制实验证明;自感知执行器不仅能检测振动信息,而且能有效抑制悬臂梁的振动。     

基于ANSYS的压电陶瓷材料有限元仿真分析

介绍了压电效应与压电陶瓷材料相关理论,利用压电材料的正压电效应,可以将机械能转换为电能,ANSYS大型有限元分析软件可进行力电耦合场分析,利ANSYS对压电陶瓷薄膜的力电转换进行有限元模拟与分析,对压电薄膜施加一定外力,分析产生的电压特性。     

基于PT的小型化振动主动控制系统的研究

本文利用压电变压器（PT）替代电磁变压器、开关功放替代线性功放设计一种小型化的振动主动控制系统。此系统中,直流低电压通过DC—DC转换模块转换为直流高电压。此电压作为驱动系统的母线电压,参考信号经过信号调理电路后进入DSP控制器,经过相关算法的处理输出PWM信号,开关功放将该信号放大,最后低通滤波器将此信号解调,解调后的高压交流信号作用于压电驱动器,从而达到振动主动控制的目的。