基于STM32的超声波电源设计与实现

压电超声波换能器应用广泛,可用于工业塑焊、测距、探伤、医学成像、碎石等.不同的换能器及负载,其谐振频率不同且会动态变化,所以需要匹配不同的电源,使换能器工作在理想状态.为此,设计一套用于工业塑焊的可自动追踪换能器谐振频率和恒定振幅的超声波电源.该电源以STM32为控制器,输出PWM波控制IGBT实现逆变,并使用LC串联型网络来匹配换能器,将负载端电流电压采集回STM32形成闭环系统,从而实现自动追频和恒定振幅控制.经验证,当换能器谐振频率偏移时,本系统能在500 ms内完成自动追频,振幅误差小于3%,加工成功率及效率提高50%以上,能在一定程度上延长换能器寿命,提升工厂加工效率、提高生产安全性.     

0-3表面复合型BaTiO3-ZnO压电复合陶瓷的压电性能有限元分析

为了从多物理场耦合的角度解释弥散分布于其中的ZnO非均匀局域结构对陶瓷基体压电性能的增强机理,运用COMSOL Multiphysics结构力学模块中的压电设备模块,对ZnO复合表面0-3型BaTiO₃压电复合陶瓷进行有限元仿真分析。结果表明：弥散分布的ZnO非均匀局域结构导致整个样品性能分布不均匀,即在ZnO附近,同时获得小的压电应力和较大的压电极化强度;通过增加样品的孔数目和弥散度等方式,可以改善模拟的BaTiO₃陶瓷性能的不均匀性,进而获得BaTiO₃复合陶瓷均匀的增强压电性能。研究结果为BaTiO₃陶瓷电性能的优化提供了新思路。     

压电换能器与匹配电感的耦合振荡

从耦合振荡的角度,讨论了压电换能器与匹配电感之间的关系及其对换能器谐振特性的影响。     

一种压电复合材料层合板机电耦合有限单元

基于压电复合材料层合板经典理论,建立了一种四边形机电耦合有限单元．所建单元具有ｍ个电自由度,可直接模拟单元中的电压作用和检测电压输出;单元每一节点具有５个位移自由度,可计及复合材料层合板的拉弯耦合变形．给出了各类刚度矩阵的形式,简述了利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导出机电耦合基本运动方程的过程,并根据所推导的有限元素和基本方程编制了程序并进行了计算,所得结果与文献中的计算和试验结果相吻合．     

压电材料平面问题应力强度因子的边界元计算

从压电介质的基本方程出发,利用功的互等原理,推导了边界积分方程．利用边界元分区算法研究了压电材料无限大平面含中心裂纹的断裂计算,在裂纹尖端采用１／４面力奇异单元,分别计算了应力强度因子ＫⅠ、ＫⅡ和电强度因子Ｋｅ,并讨论了电强度因子Ｋｅ随电载荷的变化规律．计算结果和理论解相吻合．     

新型压电陶瓷涡街流量计

介绍一种新型的压电陶瓷涡街流量计,该流量计采用ＢＳＴ压电陶瓷元件来检测旋涡释放频率,使该流量计能在高温工况下工作,一年多的工业现场运行试验结果表明,新研制的涡街流量计可靠性高、稳定性好,在４００℃高温和１０ＭＰａ高压下能长期连续正常运行。     

压电陶瓷—明胶复合材料的功能效应与实验分析

分析了锆钛酸铝压电陶瓷－明胶复合材料中的功能效应,并对该功能效应的整个响应过程进行了研究,研究结果表明,在压电陶瓷－明胶复合材料中,明胶渗透压的改变是影响压电陶瓷电信号输出发生变化的主要因素,通过乘积效应原理的应用,对复合材料随外界条件的改变而产生的电信号的输出进行了实验研究和理论推导,分析结果与实验符合较好。     

压电层合板的结构特性及优化分析

基于三维弹性和压电理论 ,用幂级数展开方法得到了压电层合板静态特性的三维解 ;给出了压电层与基体之间剪应力、位移、电势的三维分布图 ;讨论了工程中常用的 2类压电材料在感知和作动情况下沿压电材料厚度方向电势的分布情况 ,分析了电势可看作线性分布的条件 ;讨论了压电层及粘结层厚度变化对层合板变形的影响 ,并作了优化分析 .     

一种压电超声马达的工作原理

定性介绍了压电陶瓷技术研究所研制的一种压电超声马达的工作原理。通过定量建立和解压电定子的振动方程,得出定子驱动端轨迹为椭圆这一推动转子转动的关键,并对转子材料提出一些要求。     

低频弯张换能器指向性数值计算及实验测试

应用亥姆霍兹积分方程与有限元方法，建立了换能器在水中的振动方程，导出了换能器辐射声场指向性公式．实验结果表明，在谐振频率1．16kHz处，换能器水平面上的辐射指向性呈现各向均匀分布的特点，这与理论计算结果一致．