Y型双入-双出水流道无阀压电泵研究

 针对Y 型单入-单出水流道无阀压电泵的输送流量较小, 设计了一种Y 型双入-双出水流道无阀压电泵结构。根据压电振子的结构尺寸、坐标及力学模型, 对压电振子中心振幅与理论容积变化量进行分析。对Y 型双入-双出水流道无阀压电泵流量进行理论计算。对两种压电泵进行流阻和流量的对比实验。结果表明:Y 型双入-双出水流道无阀压电泵效率及流量均大于Y 型单入-单出水流道无阀压电泵, 实验结果与理论分析基本一致。     

无阀压电泵噪声分析与探讨

通过对无阀压电泵样机的实验,发现噪声是阻碍压电泵广泛应用原因之一。在此基础上,不仅对压电振子、腔体中流体、驱动电压波形以及驱动电压、频率等因素产生噪声的原因进行了分析,而且提出降低无阀压电泵噪声的措施。     

无阀压电泵驱动的集成式微混合器

设计了一种无阀压电泵驱动的集成式微混合器,其中无阀压电泵采用三棱柱阻变高度流道式结构。利用等效电路模型研究了无阀泵的流动特性,并应用Fluent软件对无阀泵及Y型微流道进行了系统仿真分析,确定了无阀泵和Y型微流道的结构参数,并优选出了系统控制参数。在实验室内制作了微混合器样机,并进行了脉动和混合效果实验,结果表明:当入口流量为0.7 mL/min、脉动频率为100Hz时,流道内脉动效果明显,由此验证了该微混合器具备良好的工作性能。此项研究可为无阀压电泵在微流控领域的应用提供借鉴。     

输送流体双腔并联压电泵性能分析与试验研究

为了提高压电泵的输出能力,采用压电双晶片进行驱动,设计了双腔并联被动截止阀压电泵,并加工了试验样机.对不同压电振子驱动方式(同步驱动或异步驱动)的双腔并联压电泵输出性能的影响规律进行了理论分析,分别以液体和气体为介质对样机进行了试验测试.测试结果表明:在110 V驱动电压下,工作频率小于400 Hz时,输送液体最大输出流量为1330 mL/min,2个振子异步驱动泵的输出能力好于同步驱动;输送气体最大输出流量为950 mL/min时,2个振子同步驱动和异步驱动泵的输出能力基本接近,从而确定了双腔并联压电泵输送流体时的最佳工作方式.     

三腔蠕动式主动阀压电泵设计与实验研究

针对无阀压电泵截止性能和工作输出压力的不足,设计了一种新型三腔蠕动式主动阀压电泵,分析了蠕动式压电泵的工作原理,对蠕动式压电泵的结构进行了研究,建立了压电泵的核心部件——阀的结构模型.采用ANSYS软件对阀的结构参数进行了优化,得到了阀结构优化参数,并制作了压电泵实验样机,对压电泵的流量、背压进行了实验测试.实验结果表明:该主动阀压电泵输出水的最大流量为220mL/min,最大正向背压为15.8kPa,且泵气能力远大于泵水能力,最大泵气量为5142mL/min.该压电泵在医疗器械、液体冷却、生物工程等领域有广阔的应用前景.     

基于ANSYS的圆盘型压电振子驱动器的仿真分析

阐述了圆盘型压电振子驱动器的工作原理,并对驱动器的结构进行设计.对驱动器进行有限元建模,再进行模态分析,求出系统的固有频率为225.12 Hz.再对其进行频响应分析,分别绘制出位移和电压、位移和频率之间的关系曲线图.研究表明,系统的位移输出量和激振电压、频率有关,在固有频率状态下,位移输出量达到最大.     

压电振子对压电泵极限输出压力的影响

为了解决压电泵设计中极限压力计算及压电振子的选用问题,提出了一种在恒定电压下通过压电振子参数计算压电泵极限输出压力的方法。在弹性小变形的基础上,应用弹性力学板壳理论的相关内容,通过振子变形量相等引入等效集中力及振子出力系数概念对压电振子的输出力特性进行研究,得出了等效集中力和压电泵极限输出压力关于压电振子参数的解析表达式。使用Matlab在各参数的常用范围内对模型进行了计算,分析了压电振子各个参数对极限输出压力的影响方式及取值范围。分析及实验结果表明:胶水的弹性模量及各层材料的泊松比对总体性能影响较小,在振子设计中不做考虑;基板厚度在0.8mm以下时,输出压力随其厚度增加而线性增加;在基板厚度大于0.4mm、陶瓷厚度小于0.3mm的条件下,陶瓷厚度降低输出压力增加现象最为明显,并且计算数值解与实验结果吻合。     

螺旋式压电振动给料器的模型建立与实验研究

阐述了压电材料的选择、压电双晶片的特性,讨论了螺旋式压电振动给料器所用的压电振子,并对压电振子的振动模式进行了选择.建立了螺旋式压电振动给料器的振动模型,通过对物料在料盘上的受力情况进行分析,得出给料器的频率表达式.再通过样机测试,得到其共振频率为224.609 Hz,再通过试验得到频率与输送速度的特性曲线.试验结果表明,当电压为200 V,频率为220 Hz左右时,输送物料速度为83个/30 s;频率为160~280 Hz之间时,系统具有输送物料的能力,共振条件下(224.609 Hz)输送速度最快.     

直线式压电振动给料器的动力学分析

阐述了PZT系压电陶瓷材料的特性,讨论了直线式压电振动给料器所用的压电振子,并对压电振子的类型进行了选择.建立了直线式压电振动给料器的振动模型,通过对物料在料盘上的受力情况进行分析,得出给料器的频率表达式.再通过样机测试,得到其共振频率为91 Hz,再通过试验得到频率与给料速度的特性曲线.试验结果表明,当电压为220 V,频率为91 Hz,输送物料速度为35 mm/s;频率为60~140 Hz之间时,系统具有输送物料的能力,共振条件下(91 Hz)输送速度最快.     

单振子双腔体压电薄膜泵的研究

利用雕刻技术，以有机玻璃为原材料，加工制作了一种可双向工作的单振子双腔体压电薄膜泵，并对该结构压电泵的工作原理进行了阐述．通过对单振子双腔体压电薄膜泵的输出流量和压力的测试，得出在输入100V正弦交流信号时，它的最佳工作频率为20Hz，输出流量为785mL／min，输出压力为14kPa，表明单振子双腔体压电泵在低频工作时，其输出流量优于单振子单腔体压电泵，而且能够提高机械转化效率，工作过程无脉动现象．     

无阀微泵压电特性分析及性能测试

提出了一种用于微量试剂分析的压电驱动微泵模型.该微泵模型采用压电阵子驱动、硅基泵体以及聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）封装而成.对压电阵子振动模态进行有限元分析,得出1~4阶模态及驱动频率,使微泵容积效率为最大的应为1阶模态.通过对微泵压电 应力耦合场进行数值分析,得出微泵最佳驱动频率范围应小于1 kHz.最后,采用微系统加工方法制作出微泵模型,并对其性能进行测试.结果表明：电压为100 V(p-p)的正弦波驱动下,频率为60和200 Hz时,微泵流量最大达到34.5 μL/min,而当频率在60~600 Hz时微泵压力最大达到657 Pa,与数值分析结果相吻合.     

超精密切削用刀具超声激振机构的设计

该文设计一种基于夹心式压电陶瓷结构的刀具超声激振机构,用于超声振动辅助金刚石刀具进行超精密切削。通过分析超精密切削技术需求,提出了激振机构结构设计方案,进行了解析设计和有限元仿真分析,制作出激振机构,进行了性能测试,并开展了超声振动辅助切削的可行性实验。研制的激振机构可实现频率42.0kHz、振幅峰峰值8μm的超声激振,并在超声振动辅助金刚石刀具超精密切削中表现出良好效果,切削模具钢工件端面达到表面粗糙度Ra 0.018～0.05μm。     

主动式压电俘能电路研究分析

现有的压电俘能器大多是针对某一较窄频率范围内的振动情况而设计,但周围环境的频率范围非常宽泛且随时可能发生变化,导致一般俘能器很难实现能量俘获或俘能效率低,为了解决这一问题,设计了一种新的T型压电悬臂梁作为俘能装置。从结构设计和电路设计2方面出发,进行了静力学分析、模态分析和谐振分析,得出压电结构装置的固有频率和激振力频率等响应,对新型的主动式俘能电路进行设计,计算电路的功率损耗以及元器件损耗量。通过对主动式俘能电路进行计算仿真验证,以及对主动技术和被动技术进行对比分析,得到主动技术所获得的最大功率是被动技术的5倍。由此可知,运用电压控制型主动边界控制方法进行接口电路设计,主动利用每个压电换能周期中触发的电学边界条件,可有效增加输入压电俘能器的机械能,进而增大输出的电能。该研究创新了利用压电材料主动俘能的方式,对压电俘能的发展有积极的促进作用。     

受约束悬臂输流管振动的最优控制

使用压电片作为控制执行元件,对具有线性弹簧支承和三次非线性运动约束的悬臂输流管道的振动进行了最优控制·考虑压电片通上电流而产生伸缩后对管道施加的控制力矩,推导出了受控输流管系统的运动微分方程,并利用Galerkin方法对其进行了离散化处理·根据可同时使管道振动变形和控制输入能量达到最小的最优控制原则设计出了最优控制器,同时还对管道受控前后的运动响应进行了数值仿真,以验证该控制方案的有效性·通过比较发现,提出的最优控制方案不但能控制输流管的周期运动,而且对该系统的混沌运动也能进行有效控制·     

双端固支梯形梁压电俘能器机电耦合模型与试验分析

针对环境中的低频振动能量,基于双端固支梁压电结构,建立了梯形梁压电俘能器的机电耦合振动模型,并通过试验对其进行了验证.结果显示,数学模型与试验结果相吻合.当梯形梁结构在1阶谐振（96.85 Hz）状态,且激励加速度2 m/s2时,结构单侧开路输出电压峰值可达44.43 V,最大输出功率为6.16 mW.另外,双端固支梯形梁结构与矩形梁结构的比较试验结果显示,双端固支梯形梁压电结构可以有效降低谐振频率,输出开路电压较矩形结构提高22.7%,输出最佳负载功率较矩形结构提高33.0%.      

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.      

压电弹性振动体的有限差分数值分析方法

本文用数值分析法,有限差分讨论压电弹性振动体的振动问题。计算压电振子的谐振频率,与用等效电路图法的计算结果相比较,平均误差小于0.18,有限差分数值分析法对具有一定形状的求解区域的求解是适宜的。