基于多次压电效应的自感知执行器研究

针对多次压电效应在同一压电体上双向可逆的特点,进行了多次压电效应实现压电执行器位移自感知的理论分析,由此阐明了压电体中多次逆与多次正效应的一一对应关系,以及介电电位移与多次正压电电位移分离的可行性.通过引入参考电容,采取电流积分与差分比例运算电路相结合的方式,得到一种较电桥电路解耦更易于在工程实际应用的方法.采用PZT-5叠堆执行器进行实验,验证了该解耦方法的正确性,同时得出了PZT-5叠堆二次正压电效应的线性系数,并进一步分析了三次压电效应对自感知执行器的分辨力和精度的影响,为压电自感知执行器性能的改善提供了一条新途径.     

时分复用压电自感知执行器的传感与执行效果研究

利用压电片的正逆压电效应提出了时分复用模式的压电自感知执行器,应用于悬臂梁的振动主动控制中。从机电变换双向可逆效应角度阐述了时分复用压电自感知执行器的工作原理。当压电片的传感功能与执行功能快速切换时,对于模态频率较低的结构,相当于传感器和执行器是同时工作的。时分复用自感知执行器实现的关键是开关电路设计和时序控制。本文重点讨论了开关电路的设计方法,指出了开关应具有耐高压和高速等特点。以一阶模态频率为14.7Hz的铜悬臂梁为实验对象进行了实验研究,结果证明时分复用自感知执行器与独立的传感器和执行器具有基本相同的传感和执行效果。     

木材中的压电效应

<正> 木材由于纤维素中有结晶结构存在,因此可能具有压电效应。木材的压电效应与木材的结构及其力学、电学性质有着密切的关系。研究木材压电效应,对进一步了解木材内部构造、探索测定木材物理性质的新方法具有指导意义,已引起人们广泛注意。本文叙述了用正压电效应的方法,观察木材样品的压电现象;用逆压电效应,测定了马尾松等五种样品的压电常数d_(14)、d_(25)。 原理 压电效应涉及到物质的力学、电学性质之间的相互影响,它们之间的关系可用压电方程表示:     

压电式传感器与测力仪研发回顾与展望

较系统、扼要地回顾了作者 2 0余年来在压电式传感器与测力仪、压电式执行器等方面的理论研究与产品开发情况 .其中对压电效应的理论研究成果 ,如切向灵敏度分布、石英晶体扭转效应、多种能量间的物性效应等 ,作了比较详细的介绍 .对所研发的压电式传感器与测力仪产品作了宏观介绍 .最后 ,对作者目前在上述领域所做的工作和对未来研究工作的想法作了简要阐述 .     

DLU三元组矩阵的三类逆二次特征值问题

给出了DLU三元组矩阵的二次特征多项式的表达式,就n=5研究了三类逆二次特征值问题,利用广义逆矩阵理论和线性代数基本理论得到了问题有解的条件和解的表达式．数值实验说明了算法的有效性．     

压电体扭转效应研究

初步探讨了压电体的扭转效应。应用弹性理论、压电理论分析了压电体内的扭转应力及由其所导致的非线性极化状态。由电动力学理论得知,极化将会在空间产生电场。根据电场的等效原理,极化梯度的存在,不仅在压电体表面上产生等效面缚电荷,在压电体内部同时也会有等效体束缚电荷聚集。从麦克斯韦方程级及矢量分析出发,推导得到了束缚电荷激发的电场所满足的偏微分方程。通过引入静电场的标量位函数,将电场强度的矢量泊松方转化为位势的椭圆型偏微分方程的诺依曼边值问题。采用有限元法求解得到了束缚电荷产生的电场强度在压电体内及边界上的分布,得到了迥异于线性极化的结果。根据导体在电场中的边界条件分析,有效地在压电体表面布置了检测电极。理论分析结论得到了实验结果的有力支持,并将为单压电体扭矩测量技术奠定基础。     

水泥基压电机敏复合材料的逆压电效应

介绍了2－2型水泥基压电机敏复合材料的逆压电效应，即驱动性能的研究结果。在实验中观测到2－2型水泥基压电机敏复合材料具有令人满意的逆压电效应。实验分为两部分，在第一部分研究了该材料在自由状态下的逆压电效应。实验发现在自由状态下2－2型水泥基压电机敏复合材料的驱动输出的幅值随频率线性增加，而驱动输出的相角随频率线性降低。第二部分实验称为预压实验，研究样品在受压条件下的驱动性能。预压实验用于模拟机敏材料在结构中的真实使用环境，实验中使用数字式自动词服试验机（MTS）实验对样品的预压，实验发现在预压条件下的驱动性能与自由状态有明显的区别，在预压状态下，材料的驱动性能受到结构系统其它因素的影响，如结构中其它组元的性质和机敏材料与其母体结构之间的耦合程度。     

超声波在流量测量技术中的应用

1　前言超声波是一种机械波 ,它方向性好 ,穿透力强 ,遇到杂质或分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质 ,可把一些非电学量参数转换成声学参数 ,通过压电元件转换成电量 ,这样就可以通过超声波传感器进行无损探伤、测量厚度、流速、流量、密度及液位等。本文仅对超声波在流量测量技术方面的应用作以介绍。2　超声波的激发与接收超声波换能器也称为超声波探头 ,即超声波传感器。可以利用压电材料的逆压电效应制成超声波发射头 ,利用压电效应制成超声波接收头。由于压电效应的可逆性 ,在实际使用中 ,有时用一个换能器兼作发射头和接收头。…     

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。     

振动永磁式机械天线的动力学特性研究

在传统的无线通信领域中,长波通信需要匹配大尺寸信号发射天线,制约了其在中小型平台上的应用。基于逆压电效应、振动理论和麦克斯韦方程组,提出并研制了一种三自由度折返梁结构的振动永磁式机械天线原理样机,建立了电-机械-电磁能理论模型,研究了机械天线的辐射影响因素及其频率调制技术。实验结果表明,通过激发机械天线原理样机的不同振动模态可对电磁波信号进行频率调制,从理论和技术角度为低频段信号的通信提供了新思路。     

用于自适应可展结构的压电式智能主动杆

为自适应调节和改善可展结构动力学性能 ,研制了一种具有传感和作动双重功能的智能主动杆。利用压电材料的正逆压电效应 ,建立了压电微位移作动器的设计模型。给出了智能主动杆的组成和工作原理。研制了一种用于自适应可展结构的新型智能主动杆。该主动杆由压电作动器、微位移传感器、压力传感器等组成 ,具有输出微位移和压力 ,及对位移和压力监测的功能     

压电智能驱动器力学模型的建立及数值模拟

基于PZT逆压电效应和结构动力学波动原理,建立粘贴式PZT驱动器与主体结构耦合简化力学模型及数学模型;考虑粘结层阻尼效应,建立PZT驱动方程并求解输出力表达式,确定驱动器力学与电学特性的对应关系;通过胶层材料特性、传递的切应力及其厚度变化对PZT驱动性能的影响进行算例分析,拟合出胶层传递剪切力与胶层厚度关系曲线,证明了运用所建立的驱动模型能有效地模拟检测PZT的逆压电规律,可为利用压电智能驱动器控制工程结构检测提供理论依据.     

新型压电行走机构的行走特性

压电行走机构是利用压电陶瓷逆压电效应和谐振特性,将电能转化为机械能的一种新型驱动装置。为避免惯性、摆动、两足移动式压电行走机构运动形式单一问题,研制了一种新型的压电行走机构振动测试系统。通过实验获得了驱动电压、谐振频率、负载载荷、振动角等诸多因素对机构行走速度和在沿行走方向上的驱动力的影响规律。分析显示,行走机构在滑移状态下,行走速度出现最大值,运行平稳;行走装置的后足设置行走轮时,行走状态最好。实验结果为压电行走机构驱动控制系统的设计提供了必要的数据依据。     

共振式压电驱动器分析及实验研究

推导了压电陶瓷等效刚度和驱动力的表达式.考虑胶层及预压弹簧的影响,将压电陶瓷简化为等效驱动力作用下的弹簧,设计了共振式压电驱动器.建立了共振式电驱动器的动力学模型,并进行了共振式压电驱动器原理性实验验证.实验与理论分析结果误差在10％以内,结果表明等效弹簧模型在低频范围内能够较为准确地模拟压电陶瓷的动力学特性.共振式压电驱动器可以显著放大压电陶瓷的位移,克服压电陶瓷输出位移小的缺点,有较为广阔的用途.     

压电材料球对称问题的通解

由于压电材料的特殊性，它可以制作成各种压形式的压电振子，压电振子在应用于谐振器滤波器，延迟线，声光器件时，大都是通过逆压电铲应来激发某种振动模式的机械振动。压电中器件可以在各种不同的大小形状及各种各样的载荷和边界条件下工作，对不同的情况应有不同的分析方法。     

压电陶瓷在车身板件振动主动控制中的应用研究

针对汽车车身低频振动不易控制的问题,将压电陶瓷作为传感/致动元件,主动控制车身板件的振动变形,以抑制或消除车身板件的低频振动。根据致动器控制力分析和车顶棚模态分析的结果,提出了压电传感器和致动器同位对称布置的方案。采用模糊控制算法,设计了振动主动控制器,并搭建了车顶棚振动主动控制实验台。独立模态振动控制试验结果表明,采用压电陶瓷智能结构对车顶棚振动进行主动控制后,压电传感器检测到的电压降低了14%～23%,即有效控制了车顶棚的低频振动。     

压电结构作动/传感器配置优化

提出了一种压电结构中作动／传感器优化配置的新方法．首先用有限元方法建立结构的动力学方程，并用模态方法进行降阶，然后通过Lyapunov方程分别求解扰动输入和作动器输入的能控性Grammian矩阵，通过使作动器输入的能控性矩阵向量在扰动能控性矩阵上投影长度的平方和最大值得到压电作动器的最优位置，同样的思想用于确定传感器的最优位置。     

带粘结层智能结构压电作动器的修正点力模型

在有压电应变作动器的具有振动主动控制功能的智能杆梁结构中,考虑了粘结层的影响,并且假设应变沿各层的厚度方向为线性分布.对Crawley-Luis与Euler-Bernoulli所建立的压电作动器点力模型进行了修正,提出了一种更具一般性的诱导应变作动器的点力模型,分别导出了双面对称粘贴和单面粘贴压电作动器时的修正点力模型的计算公式.并进行了计算机仿真研究,表明了修正模型的合理性.修正点力模型更具一般性,这对设计压电智能结构具有指导意义.     

压电执行器位移自感知方法研究

在压电执行器闭环控制系统中,需要位移传感器提供位移反馈量．为了省略位移传感器,提出一种利用电子电路使压电执行器自感知其自身位移的方法．根据压电电荷几乎与位移成正比的特点,用电子电路获得驱动电荷,从电荷换算位移．提出了对压电执行器采取电压驱动和获取电荷为一体的复合驱动方法,高压运放输出作为高压驱动电源,电流积分器获得压电电荷．实验测量了带载和空载下压电双晶片和压电叠堆的自由位移,通过涡流位移传感器标定得到,双晶片位移自感知误差小于3．61％,叠堆位移自感知误差小于1．81％,实验测量了压电叠堆带载情况下的输出位移,结果表明可以用于带载位移自感知。