有限元法分析1-3型压电复合材料换能器

1-3型压电复合材料圆柱型换能器由薄片状1-3型压电复合材料沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。根据换能器实际结构和1-3型压电复合材料等效参数模型,利用有限元法在ANSYS中分别建立了两种仿真模型。为验证等效参数模型的可靠性,实验通过改变模型结构尺寸,使换能器内半径从20mm变化到50mm,每5mm作为一个数据点进行建模。仿真计算相同结构尺寸下两种模型的径向振动频率,比较显示两种模型仿真结果接近,平均相对误差仅2.3%。因此,可利用模型II代替模型I对1-3型压电复合材料圆柱型换能器进行仿真分析,从而简化建模和计算。在此基础上,利用模型II分别模拟了该种换能器在空气和水中径向振动频率附近的导纳、发射电压响应和接收电压灵敏度等性能。     

基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元,该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比不同状态简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用所提出的嵌入式压电技术和所定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

低频压电马达的工作机理与动力学研究

为了满足当前精密仪器对压电马达小尺寸,大扭矩的要求,设计了一种倾斜式压电低频马达,这种马达不仅节约成本,且能由低频电源驱动,使用范围比高频压电马达广泛。该文研究了这种马达驱动能力形成的机理,建立了驱动结构的动力学模型,根据试验研究的需要制作了样机,并对样机进行了实验测试,完成了输入频率对输出转速和输出扭矩影响的实验研究。结果表明,新型低频压电马达在输入频率为290Hz时性能最优。     

一种新型压电振动输送器的设计

为了能实现对轻、薄、小物料的稳定输送,提出了一种压电双晶片为驱动源配重式直线振动输送器。设计了压电振动输送器的结构并分析了其工作原理,建立了系统的动力学模型,推导出了双自由度系统的振动位移表达式以及近似得到系统的固有频率,制作了振动输送器的样机,并进行了试验测试。试验结果表明:在系统共振频率为120.5Hz,料道振动位移达到最大,3个测试点分别为39μm,34μm,37μm,但不影响物料输送,工作频率范围为117~124Hz,处于共振频率最大输送速度达到52mm/s。与同型号的电磁式振动输送器相比,在共振条件下研制的样机的电流仅为电磁式的16.58%,速度是其1.36倍,振幅为电磁式的32.38%,噪音降低了33dB。设计的输送器具有送速度稳定、节能、噪音小等优点。     

基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究

为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控制算法与神经元PID反馈控制算法结合得到了压电陶瓷的复合控制算法。将仅含前馈的控制算法和复合控制算法在压电陶瓷的控制器上执行,实验结果表明,仅含前馈的控制算法的跟踪误差为1.256μm,而复合控制算法的跟踪误差仅为0.092μm,该复合控制算法使跟踪精度提高了1.164μm。     

基于PVDF压电膜片的光声探测器制备及应用

非共振光声红外气体检测系统因其结构简单,成本低和检测灵敏度高的特点,具有较好的应用前景。该文提出了以聚偏氟乙烯(PVDF)压电膜片为微压敏感元件的非共振光声探测器,利用ANSYS对压电膜片进行了有限元分析,设计制备了双膜片结构微压敏感元件,其中PVDF压电膜片厚度为20μm,尺寸为10mm×5mm。设计了包含吸收腔和补偿腔的双腔室结构,并完成了光声探测器的封装。将光声探测器应用于非分光红外(NDIR)气体检测系统,探测器的输出信号与CO_2气体浓度有较好的线性关系,最低理论检测浓度约为29×10~(-6)。     

白噪声激励下双稳态压电发电系统的响应分析

研究了白噪声激励下双稳态压电发电系统的响应特性。首先利用蒙特-卡罗法模拟高斯白噪声;然后利用数值模拟和实验的方法分别分析了噪声强度、负载阻抗和初始值对系统响应特性的影响。得到了噪声强度的增加会减少双稳态系统两个稳定平衡点之间的跳跃时间。通过给出大幅运动的吸引域说明初始值会影响系统的运动状态,从而影响输出功率,当电阻为19.1kΩ时,输出功率最大。     

一种道路用小型压电发电及储存装置的研究

为了收集并利用汽车通过公路时所产生的振动能量,设计了一种利用压电材料的正压电效应采集环境振动能量,把振动能转换成电能的道路用振动发电装置。为使压电材料和道路振动能巧妙结合从而吸收最大的外部能量,获得高的发电效率,进行了以下研究:分析了压电材料变形量对发电能力的影响,并设计了能找到压电材料产生最大电能的最小变形量的模型。通过实验分析压电片的联接方式对电能输出的影响,得到了以并联为主,串联为辅的混联电路模型。设计并制作了道路用压电发电装置模型,通过模拟实验测得其发电功率为0.061 2 W,电容储电功率为0.026 4 W,发电效率为14.42%,电容储电效率6.21%。     

传感器的低频特性对高冲击测试的影响研究

根据航天、航空环境中加速度的测试特点,对比分析了压电传感器和压阻传感器在高冲击环境下的测试性能。首先,通过对冲击信号进行建模,仿真分析了不同低频特性的加速度传感器对冲击信号测试的影响;然后,分析了压电、压阻类传感器的低频特性;最后,用冲击试验台验证压电传感器和压阻传感器在模拟的环境下的测试情况,得出低频特性好的传感器(压阻传感器)更适合在高冲击条件下的测量的结论。     

谐振调幅压电石英晶体分子键裂型传感仪的研制北大核心CSCD

基于谐振调幅激励压电石英晶体开发了一种分子键裂型传感仪。该传感系统通过数字信号发生器DDS 9854产生频率可调的正弦波,激励9.98 MHz的压电石英晶体,经信号放大滤波后得到谐振频率。通过数控技术调节激励电压实现谐振调幅,以增大石英晶振表面的剪切动量。当调幅到一定程度会导致分子间键断裂,通过调幅电压值测定分子键的强度,可在数分钟内得到晶体表面的结合质量和结合强度的信息。使用了谐振调幅压电石英晶体分子键裂型传感仪检测了不同粒径的氨基纳米磁珠与金电极之间的相互作用,由频率信号得到磁珠在金电极上的结合量。通过不同谐振调幅电压激励石英晶体以甩脱电极表面的磁珠,由激励电压得到不同粒径的氨基纳米磁珠与金电极间的键裂力为2±0.5 nN。本仪器的研制为传感分子间的相互作用提供了一种新技术,可快速检测鉴别键的强度。