悬臂梁压电俘能器的建模研究

为深入研究悬臂梁式压电俘能器的作用机理,从压电方程和内能平衡出发,建立了悬臂梁式压电俘能器单晶片压电振子、双晶片串联压电振子和双晶片并联压电振子的电压输出灵敏度数学模型.在ANSYS中分别建立了三种压电振子的有限元模型,仿真得到三种压电振子的基板厚度与输出电压的关系曲线,仿真结果表明串联双晶片压电振子的输出电压值最高,且数值模拟曲线和有限元仿真曲线基本吻合,验证了建立数学模型的正确性.     

压电单晶片搭接特性

压电晶片广泛应用于压电驱动、压电风扇、压电泵等领域,其往往工作于谐振频率下。对于采用搭接方式安装的压电晶片,接触点位置和接触力的变化会导致压电晶片的工作频率和尖端位移发生变化。针对搭接状态下的压电单晶片,文中设计了一套实验测试机构,分析测试了压电单晶片在不同搭接状态下的谐振特性。     

压电双晶片执行器驱动位移模型研究

通过对压电双晶片执行器的受力分析，推导出弹性梁双面对称粘贴和单面粘贴压电片驱动位移模型的计算公式。通过计算机数值模拟，分析了弹性梁厚度及材料特性对驱动位移的影响。实验研究证明了所建模型的正确性，为双晶片结构中压电片和弹性梁的选择提供了理论依据。     

压电双晶片扫描器的低温迟滞蠕变特性

研究了用于空间红外相机低温光学系统的压电双晶片扫描器的低温迟滞蠕变问题.压电双晶片具有行程大,不发热,在低温下仍然能够工作等优点,然而由于压电陶瓷固有的迟滞蠕变特性,使得其扫描精度受到了较大的影响.本文在常温和低温下,对所研制的压电双晶片扫描器的迟滞和蠕变特性进行实验研究和特性对比.结果显示:尽管压电双晶片扫描器的迟滞量和蠕变量均有大幅度下降,但由于总行程的下降幅度更大,使得迟滞度和蠕变系数有较大上升;120 K下的迟滞度约为300 K下的2倍,120K下的蠕变系数比300 K下的上升了一个数量级.低温下压电双晶片扫描器的迟滞和蠕变特性相比常温下更加严重,这给其在低温下的高精度应用带来了更大的影响.     

压电双晶片的有限元分析及实验

采用有限元分析方法,分析了压电双晶片悬臂梁的位移形变特征.研究了金属弹性层、压电陶瓷片的材料属性及几何尺寸对双晶片偏转位移的影响;计算了双晶片的弹性模量、厚度以及加载电压与位移形变产生弯应力的关系;通过位移测试、弯应力测试等相关实验对有限元分析进行了验证.当加载电压为60 V(120 Vp-p)时,双晶片的偏转位移和弯应力分别为166/μm和34.7 m·N,实验结果证明本文所建的有限元模型是合理有效的.此外,测试了压电双晶片的振动特性,测得其谐振频率为310 Hz,在该频率下加载20 Vp-p电压,其端部位移输出即可达1.7 mm.有限元分析结果及实验验证为压电双晶片结构的优化设计提供了依据.     

压电双晶片的能量传输特性分析

基于压电双晶片的准静态本构方程,详细地分析了准静态情况下悬臂梁式双晶片执行器在常见的三种不同载荷(力、力矩、压力)情况下的机电转换特性,即有效机电耦合系数、最大能量传输系统、最大输出机械能量时效率.分析结果表明:这些特性主要由压电双晶片材料的横向机电耦合系数k31决定;三种载荷中,以力矩形式输出机械能时压电双晶片执行器的效率最高,以力的形式输出时稍低,以压力形式(如用于推动气体或液体)输出时效率最低.这些结论对于设计压电双晶片执行器的结构具有指导意义.     

压电双晶片参数及温度特性的动态测试方法

本文提出一种压电材料参数动态测试模型,用于测量压电双晶片的几个主要材料参数：压电应变常数ｄ３１、机电耦合系数ｋ３１、介电常数ε３３＾Ｔ、弹性柔顺系数ｓ１１＾Ｅ及材料参数的温度特性。本文的这种测量方法不同于通常的由标准试样测量压电材料参数的方法,是直接由一种实用元件－压电双晶片（非标准试样）测量压电材料的参数。文中详细描述了测试原理、测试步骤及一种实际试样的测试结果。理论与实验结果表明：这种新的测试     

探头保护膜对纵波探伤的影响

接触法和水浸法垂直入射纵波探伤中,可能获得的探伤灵敏度除主要决定于探头(换能器)和探伤仪的组合灵敏度外,还与探头与负载介质之间的声学阻抗匹配有关。一般用压电陶瓷作的探头上,为了防止晶片磨损,常加上钢、塑料、陶瓷或其它材料作成的保护膜。实际上,保护膜不但起着保护压电陶瓷片的作用,它还在晶片与负载介质之间起着匹配层的作     

压电双晶片直接驱动式伺服阀的研究

提出一种利用压电陶瓷片直接驱动的伺服阀,其具有高于传统电磁式伺服阀的频宽与分辨率,该伺服阀的机械结构简单,抗干扰能力强。分析了双压电晶片的静、动态特性,制造了双晶片直接驱动式伺服阀样机。     

悬臂式压电双晶片振子夹持长度变化对其动态特性的影响

以惯性压电驱动器的关键部件——悬臂式压电双晶片振子为研究对象,探讨了悬臂式压电双晶片振子的夹持长度变化对其动态特性的影响规律。首先,建立了悬臂式压电双晶片振子静态参数方程和动力学模型。然后,应用matlab软件仿真分析了夹持长度变化对悬臂式压电双晶片振子的端部位移幅值和惯性加速度幅值的影响。最后,分别测试了悬臂式压电双晶片振子在不同夹持长度下的端部位移幅值以及惯性加速度幅值。结果显示:驱动电压为10V,频率为11Hz,悬臂式压电双晶片振子的夹持长度在9~20mm内变化时,其端部位移幅值最大为66.2μm,产生的惯性加速度幅值最大为10.2ms-2。仿真和试验结果表明:激励电场相同时,随着悬臂式压电双晶片振子的夹持长度增大,其端部位移幅值会变小,而其产生的惯性加速度会变大。     

电流输出型磁通门传感器的灵敏度

研究了电流输出型磁通门传感器的灵敏度，一般磁通门的灵敏度随次级线圈匝数增加而增加，导致了灵敏度磁通门体积大，闭环工作时动态性能差，通过理论推导得出，忽略线圈的铜电阻和耦合电容的容抗时，电流型磁通门的灵敏度与次数线圈匝数成反比，因而可在小体积下获得高灵敏度和优越的动态性能。研制了6只次级线圈匝数不等双铁心电流输出型磁通门进行试验，用最小二乘法对实验数据进行了分析，结果表明理论推导与试验结果基本一致，分析还表明，若考虑次数线圈的铜电阻和耦合电容的容抗，用次数线圈匝数的倒数及其二次项表示电流输出型磁通门的灵敏度具有更高的精度。     

C型压力传感器结构偏差对传感器灵敏度的影响

本文通过有限元方法对Ｃ型压力传感器的应力分析，给出了传感器结构偏差对压力传感器的性能尤其是灵敏度的影响。     

光化学传感器及其最新进展

从传感器材料、检测方法及传感器结构几方面,围绕光化学传感器的灵敏度、选择性和稳定性展开讨论,总结了光化学传感器近年来的最新进展,并对其今后的发展方向做出展望。     

PEBBLEs技术新进展的研究

PEBBLEs（探针内包型生物定域嵌入式传感器技术）是一种新兴的综合了生物、化学、纳米、医药等多种学科的技术，它在实时的，量化的，无干扰地监测细胞活动的研究领域有着很大的前景。文中综述了目前探针内包型生物定域嵌入式传感器技术研究的新进展。主要介绍了它的传输方法、信号增强方法和灵敏度的提高及可逆性的增强方面内容。就传输方法方面主要介绍了它的两种改进方法：光学钳法和定位传输法以及这两种方法的优越性；就信号增强方面主要介绍了它的两种改进途径：磁性调制光学纳米探针的周期性运动以及布朗运动调制光学纳米探针的随机热运动及其各自的优越性；就灵敏度的提高及可逆性的增强方面主要介绍了目前的最新进展。从总体上讨论了它存在的问题，给出了改进的建议。     

提高微压传感器灵敏度的深盆腔压力膜片研究(一)

表面微机械微小量程压力传感器采用多晶硅薄膜等有内应力的敏感膜片时，应力往往会使膜片的力学灵敏度大大下降，无法满足微量程测量的要求。波纹膜片可以消除或减小应力来提高灵敏度，但是其波纹结构本身又会造成力学灵敏度下降，从而部分抵消了应力消除的效果。提出一种新型深盆腔膜片结构，在消除应力的同时实现了比平膜片还高的力学灵敏度，可以提高微压传感器和微麦克风的灵敏度。采用解析和有限元 两种方法相结合的方法，对该种膜片进行了分析和研究。对比平膜和波纹膜结构，显示了深盆腔膜在力学灵敏度方面的显著提高。     

适用于磁光／涡流检测的铁石榴石磁光传感器

铁石榴石已在磁光涡流检测传感器上和到应用。磁光灵敏度和稳定性是依赖于包括磁光旋转系数在内等诸多因素的重要参数。本文简明介绍了几个影响石榴传感器的特性及其部分应用。     

荧光Zn(Ⅱ)传感器的研究进展

锌是人体内必不可少的微量元素之一,对人体的生长、发育起着重要的作用。荧光法具有灵敏度高、选择性强、用样少、方法简便以及能提供较多的物理参数等优点,用途广泛。本文对近年来荧光法测锌的研究进展进行归纳总结,对Zn(Ⅱ)传感器所用到的荧光团及其各自的优缺点进行评述。     

A multi-point optical fibre sensor for condition monitoring in process water systems based on pattern recognition

Preliminary results are presented for a multi-point optical fibre sensor designed to detect the presence of chemical species in water at spatial intervals of greater than 20 m. The sensor is addressed using optical time domain reflectometry (OTDR) with a spatial resolution of 10 m. The optical signals arising from the OTDR are highly complex due to interfering effects from external parameters such as localised fibre straining and temperature changes. Because of this level of complexity it has been found advantageous to use artificial neural networks (ANNs) as classifiers on the OTDR signals. The preliminary system has been trained initially to recognise only the presence of water, although it is planned to extend this capability to recognise the presence of contaminants in the water such as bacteria and chemical pollutants. Initial investigations show that different contaminants and interfering parameters (cross-sensitivities) may give rise to characteristic signatures on the OTDR signal which may be identified by the pattern recognition software.     

Label-free target DNA recognition using oligonucleotide-functionalized polypyrrole nanotubes

Conjugated polymers for oligonucleotide immobilization offer extraordinary potential as transducers for detecting DNA duplex formation, because the electrical, optical, and electrochemical properties are strongly affected by relatively small perturbations. Moreover, carboxylated conducting polymer supports are an attractive alternative due to their versatile immobilization with DNA, protein, and enzyme using various pendant groups: -SH, -NH(2), and -COOH. Therefore, we report the fabrication of carboxylic acid-functionalized polypyrrole nanotubes (CPPy NTs) using oxidant-impregnated template synthesis. The diverse number of carboxylates on the surface of CPPy NTs was applied to binding sites for amino-terminal oligonucleotides. Conductance of single DNA strands (ssDNA) and hybridized DNA helix were readily measured by means of depositing DNA-functionalized nanotubes on gold leads, and indicated high sensitivity (DeltaR/R(0)=1.7) even at low concentration (1nmol) of target DNA. In addition, target DNA concentration was distinguished up to a narrow difference of 2nmol. The successful DNA immobilization on polymer nanotubes was confirmed and visualized by the photoluminescence of fluorescein isothiocyanate (FITC)-tagged target DNA using confocal laser scanning microscopy.     

Monitoring force in precision cylindrical grinding

Aerostatic spindles are used in precision grinding applications requiring high stiffness and very low error motions (5–25 nm). Forces generated during precision grinding are small and present challenges for accurate and reliable process monitoring. These challenges are met by incorporating non-contact displacement sensors into an aerostatic spindle that are calibrated to measure grinding forces from changes in the gap between the rotor and stator. Four experiments demonstrate the results of the force-sensing approach in detecting workpiece contact, process monitoring with small depths of cut, detecting workpiece defects, and evaluating abrasive wheel wear/loading. Results indicate that force measurements are capable of providing useful feedback in precision grinding with excellent contact sensitivity, resolution, and detection of events occurring within a single revolution of the grinding wheel.