人工关节内锆钛酸铅压电陶瓷供能与电路设计

为了利用压电陶瓷作为人工关节无线监视系统的能量来源,从理论上分析了坚硬锆钛酸铅(PZT)陶瓷元件的能量产生特性和等效电路.利用非线性拟合算法计算出等效电路的参数拟合值,并分析了PZT压电陶瓷元件的输入输出特性、输出信号频谱特性以及在植入设备内的位置摆放.仿真结果表明: 等效电路参数拟合值是正确的,当4个PZT压电陶瓷元件呈直线摆放时能输出最大能量(约为1.2 mW).通过对PZT陶瓷元件供电的电源电路设计和仿真发现, PZT陶瓷元件的能量能够转换为电路稳定的可用电源.     

一个两相压电陶瓷中薄界面电极诱导的电弹性场

分析了两个不同压电陶瓷之间含有多个共线电极诱导的电弹性场. 基于线电弹性理论和采用Fourier变换技术, 问题化为一个带Cauchy核的奇异积分方程. 对两种特殊情形进行了重点讨论. 对于一个单界面电极, 获得了由基本初等函数给出的整个双相压电陶瓷中的电弹性场. 而对于两个等长共线界面电极, 获得了由封闭形式给出的整个界面上的电弹性场. 结果表明对于任意两个沿垂直于界面(以相同或相反方向)极化的压电陶瓷, 电弹性场在电极边缘仅呈现平方根奇异性, 振荡奇异性不会发生. 应力分量在跨过电极时是连续的, 而由于两个压电陶瓷的材料常数的不匹配导致应变分量在跨过电极时是跳跃的或不相容.     

冲击加载对爆电换能器电输出特性的影响

为阐明自供能装置中以压电陶瓷为核心装置的动态响应特征,通过模拟自供能技术中爆电换能器冲击压电陶瓷的真实工况,揭示了冲击应力对压电陶瓷电输出特性的影响.利用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)作为冲击装置,通过改变子弹的冲击速度进行冲击PZT-5压电陶瓷实验.同时利用有限元分析软件进行冲击压电陶瓷的有限元分析,将实验结果与仿真结果进行对比.结果表明:实验结果与仿真结果基本吻合,冲击速度在7～31.3 m/s时,通过改变爆电换能器的冲击速度可以改变爆电换能器的输出电压峰值,并且爆电换能器中的压电陶瓷受到的冲击应力峰值与压电陶瓷产生的电压峰值呈正相关.     

铋层状无铅压电陶瓷的研究进展

铋层状结构无铅压电陶瓷因其居里温度高、介电常数低等特征受到广泛研究,其适合应用于高温、高频领域.本文介绍了铋层状压电材料的结构特点和分类,综述了近期国内外有关铋层状无铅压电陶瓷在制备技术和掺杂改性方面的研究进展.     

一种新颖的四梁式压电薄膜微型陀螺

利用压电陶瓷的特性 ,采用IC兼容的技术 ,设计并制造了一种新颖的压电薄膜微型陀螺 .在Pt/Ti/SiO2 /Si基底上以sol gel技术铺设了高质量的压电陶瓷薄膜 .基于压电反效应 ,微型陀螺在其谐振频率上被 0 .3V的交流信号驱动 .由其压电正效应 ,可检测到与转动角速度成正比的输出信号 .本文介绍了该微型陀螺的设计原理 .实验结果证实了理论预测 .     

无铅压电陶瓷研究进展

无铅压电陶瓷的研究和开发是当前压电铁电材料领域的研究热点之一.综述了Bi0.5Na0.5TiO3基、K1-xNaxNbO3基、铋层状结构、钨青铜结构及BaTiO3基5类无铅压电陶瓷的研究进展,分析和评价了陶瓷体系、改性方法、制备工艺及陶瓷的压电铁电性能,重点讨论了Bi0.5Na0.5TiO3基与K1-xNaxNbO3基无铅压电陶瓷的体系构建、相变特性及电学性能的温度稳定性等关键科学和技术问题,并就无铅压电陶瓷今后的研究开发提出了几点建议.     

基于CC2500收发器和AVR单片机的无线鼠标设计

无线鼠标由于使用方便,在电脑中应用越来越广泛,采用工作于2.4 GHz频段的CC2500无线芯片收发器设计了基于PS/2口的无线鼠标.无需驱动就直接替代现有鼠标.测试结果表明,设计的无线鼠标在功能上和能耗上都能满足日常工作的需要.     

LLCC电路在压电陶瓷变压器上的应用

结合压电陶瓷变压器的特点,介绍了压电陶瓷变压器的等效电路.为了使压电陶瓷变压器获得良好的工作性能,必须使其工作在固有谐振频率并有良好的阻抗匹配,因此提出了将LLCC谐振电路应用在压电陶瓷变压器上的方法,并对该电路的特性进行了分析.分析表明,LLCC谐振电路能满足在压电陶瓷变压器的应用,并且根据其固有谐振频率的大小,可以推算出阻抗匹配电路的参数.     

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.     

阻抗测量法及梁的阻抗应答分析

提出了利用压电陶瓷的阻抗测量法的概念,即用压电陶瓷作为驱动源产生动态阻抗信息.测试系统由阻抗分析仪、计算机、压电陶瓷片、铝梁组成.实验将铝梁作为测试对象,在其上粘贴压电陶瓷,通过对阻抗应答、振动模型和压电陶瓷片的粘贴位置的分析,研究梁的阻抗频率特性.实验结果表明,利用阻抗法,容易得到构造物的频率响应特性,应答分析也简单.     

多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究

为了提高悬臂梁压电振子的发电能力,设计并制作了多悬臂梁压电振子,采用有限元方法对多悬臂梁压电振子的有效工作频率进行了仿真分析,并且进行了实验验证.在此基础上,对多悬臂梁压电发电装置进行了压电发电实验测试.研究结果表明,多悬臂梁压电振子工作的谐振频率范围为56~65 Hz,与实验结果基本吻合.相比于单悬臂梁压电振子,多悬臂梁压电振子能有效地拓宽其谐振频带并提高压电发电能力.当多悬臂梁压电振子外接负载为820Ω、工作频率为60 Hz时,多悬臂梁压电发电装置的最大输出功率达到4.9 mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

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。     

基于电磁感应方式的锂离子电池无线充电器的设计与实现

本文设计了一种基于线圈电磁感应原理的无线充电平台,对锂离子电池的无线充电技术进行了实验分析和研究。测量了该平台的PWM驱动信号,能量发送电路,能量接收电路,锂离子电池充电时间和充电电压,测得的实际波形和数据说明该无线充电平台符合设计要求,使无线供电技术在其它便携式电子产品中的应用提供了参考案例。     

压电微悬臂梁振动能量采集器谐振频率和功率的研究

压电振动能量采集器可将自然界中广泛存在的机械振动能转换为电能,并且一直向微型化电源的目标迈进．为此,以矩形压电微悬臂梁结构作为换能单元,通过时压电层等效电流源和单相桥式整流电路的理论及相关公式的推导,得出微能量功率的计算公式．通过分析看出,在实际设计压电振动能量采集装置时,可采用适当增加质量块质量和减小梁长度的方式来满足整体结构在自然环境中实现低频谐振、获得较大的功率输出的设计要求．     

无线传感网络覆盖中网络拓扑结构设计方法

无线传感网络覆盖可以合理分配网络的空间资源,更好地完成环境感知、信息获取等任务,当前无线传感网络覆盖方法不能对传感网络进行全面覆盖。提出一种新的用于无线传感网络覆盖的网络拓扑结构设计方法,将层次型拓扑结构作为无线传感网络拓扑基本结构,对其进行详细分析后,提出能量高效的拓扑控制算法:以同一概率周期性随机选择簇头,令无线传感网络的总体能量消耗均衡分配至各传感器节点中,实现簇中成员节点数据的均衡分布,完成无线传感网络拓扑结构的设计。实验结果表明,设计的网络拓扑结构可以合理调节传感节点的距离,可以覆盖整个无线传感网络,减少重复覆盖,具有很好的覆盖优化效果。     

一种用方波驱动鼠标光标移动的鼠标电路的设计

介绍了一款用方波驱动鼠标光标移动的鼠标电路，阐明了设计思路、设计方法，给出了设计成品。这为设计改善多媒体教学的长距离无线鼠标迈出了关键一步。     

考虑节点能量消耗的无线传感网络平衡路由算法设计

传统方法设计无线传感网络路由中,往往忽略了节点的能量消耗以及不同节点能耗的差异性,导致出现节点分布不均匀、路由平衡度较差、整体开销成本较大、能耗高等问题。为此,提出了考虑节点能量消耗的无线传感网络平衡路由算法。构建节点能耗模型,建立无线传感网络梯度和传感器节点之间的信息素,结合蚁群算法求解整体能耗模型,实现无线传感网络平衡路由的算法设计。实验结果表明,所提方法可提高无线传感网络中节点的均匀分布能力,降低整体能耗开销,减少能量消耗,有效实现无线传感网络平衡路由的算法设计。     

一个具有能量管理机制WSNs的操作系统内核

根据普适计算环境下无线传感器网络应用的需求,设计并实现了一个轻量级的无线传感器网络操作系统内核uKernel,并对其关键技术,特别是对传统设计方法中任务状态机的改进进行了论述.在传统的嵌入式操作系统内核设计的基础上,针对节能这一需求,通过状态分解的方法对传统的内核状态机进行了改进,使其具备能量管理的机制,并结合相应的节能调度算法,使uKernel成为了一个具备能量管理功能的节能高效的无线传感器网络操作系统内核.最后,通过设计实验测试并验证了uKernel的节能有效性.     

PCMICA无线数据上网卡电源电路设计

研究了PCMCIA无线数据上网卡电源电路设计,分析了PCMCIA无线数据上网卡电源电路设计中面临的问题:电压转换、储能、过流保护.对DC/DC电压转换电路和超级电容储能电路进行详细分析,并给出了解决方案.