智能桁架结构振动控制中压电主动构件的研究：（一）压电主动构件设计

基于压电材料的压电作动效应，设计了一种可用于智能桁架结构振动控制的直线式压电主动构件，讨论了设计理论、参数选取及其对压电主动构件性能带来的影响。     

结构振动控制中压电阻尼技术研究—压电被动阻尼技术（一）

压电阻尼技术有两种类型：压电被动阻尼技术和压电主动阻尼技术。本文对其中的压电被动阻尼技术进行了研究，结果表明：通过给压电元件并联适当的外部电路，可使压电系统具有与粘弹阻尼材料及动力吸振器相似的物理特性。合理配置电路参数，可以实现最优阻尼比。     

背衬对压电传感器瞬态特性影响的模拟研究

接收信号在换能器压电层中的多次反射及波形转换对超声检测的灵敏度和分辨率有重要影响,提高其接收性能的关键是优化换能器背衬结构与材料参数.该文采用Ansys软件中力-电耦合瞬态模拟法,分析了背衬结构的几何参数、材料参数对压电直探头瞬态接收性能的影响,得到了压电换能器中不同时刻的弹性波场、电场分布及输出电压响应曲线,拟合了换能器灵敏度、分辨率与背衬结构几何、材料参数间的关系.研究结果表明,合理选择背衬结构与材料参数对消减接收信号的多次反射,提高换能器接收性能有明显的作用.运用有限元软件分析背衬结构对压电探头瞬态接收特性的影响,是优化背衬结构与材料参数重要方法之一.     

国外压电材料发展概况

综述了国外压电材料应用的发展，以及压电单晶材料、压电陶瓷材料和有机高分子压电材料的进展。     

压电半导体的极化处理及性能研究

极化处理是压电半导体材料制备及构件设计中的关键工艺,直接影响着其压电性能。根据夹层极化的方法,研制出一种多样性极化实验装置,解决了压电半导体的极化问题,并对极化后的GaN材料性能进行了系统研究。实验结果表明:(1)极化使GaN材料具备了压电性能,改变了其力电性能参数；(2)极化显著提高了压电半导体的导电能力,改变了其弯曲强度。     

一种实用的压电常数测试系统及测试精度分析

提出了由一种实用元件——压电双晶片测量压电材料的压电常数d31的方法。这种测量方法不同于通常的由标准样品测量压电材料参数的方法。文中给出了测量原理、测量装置等。理论和实验结果表明:这种新的测量方法是可行的。设备简单、价廉,操作容易,精度较高。     

自由振动压电振子的一种复参数等效电路

将复数概念引入到等效电路元件参数中,并以自由振动压电振子的一种常用振动模——纵向长度伸缩振动模为例,给出了一种复参数等效电路,并推导了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。等效电路元件参数的虚部表示压电振子机械、介电、及压电损耗。给出了由复参数等效电路模型作出的阻抗圆图与由振动理论给出的阻抗圆图以及由传统模型所作出的阻抗圆图。结果表明,新的复参数模型优于传统模型,是一种精确的等效电路。     

压电陶瓷复材料参数测试方法的研究

要精确地描述压电材料的性能,必须把压电材料的参数作为复数考虑。本文作者研究了目前国内外主要的几种复参数测量方法。间接计算方法有Ｓｍｉｔｓ迭代法、Ｓｈｅｒｉｔ法以及压电谐振分析法等;直接测量法有利用正压电效应的准静态法及利用逆压电效应的激光干涉法。并给出了不同方法的原理、特点及仿真结果。     

一种电压电双晶片测量压电常数d31的方法

提出了一种新的测量方法,由一种实用元件－压电双晶片测量压电材料的压电常数ｄ３１的方法。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。文中给出了测量原理、测量装置及由一种ＰＺＴ样本的测量结果,并同时给出了ＩＥＥＥ材料测量方法的结果。理论和实验结果表明：这种新的测量方法是可行的。     

压电陶瓷材料电学性能参数测量研究

从双层压电梁在电场作用下的位移响应与电场的关系式出发，借助于试验数据逆推导出压电陶瓷材料的电学性能参数。位移响应的试验数据采用非接触激光测振仪得到。该文方法相对压电参数测量的静态法、动态线路传输法和动态电容法减少了许多中间测量环节和等效处理手段，且易于具体实施，相对于动态位移法又有更好的精度，为压电陶瓷类材料电学性能参数测量提供了一种全新的测量方法。     

压电分流阻尼电路设计的极点配置方法

针对作为被动控制的压电分流阻尼电路提出极点配置方法。对压电分流阻尼系统建立机电耦合方程,考虑模态位移为输出量,得到系统极点的特征方程。运用主导极点与虚轴的距离对系统动态响应衰减有着关键作用这一特性,确立优化目标,然后求解出压电分流阻尼电路参数的最优值。最后通过数值仿真对所设计的优化方法进行检验,并与传统传递函数优化法进行比较。仿真结果表明,运用极点配置方法设计的压电分流电路有着良好的抑制振动的效果,这验证了极点配置方法的有效性。     

混凝土中压电陶瓷在变载荷作用下的特性研究

提出了一种将压电陶瓷埋入混凝土中进行机械应力测量的方法。为此，研究了埋入混凝土试件中的压电陶瓷（PZT-8）在混凝土试件受到外部变载荷作用的情况下，压电陶瓷特性参数随混凝土内应力的变化。由压电方程建立机电等效电路模型时，压电陶瓷的各物理参数都采用了复数形式。推导了引入复参数后的压电等效电路以及电路中的等效电参数同复参数的关系。使用网络分析仪测出了各等效电路参数在应力作用下的变化。实验结果表明，压电等效电路中的各等效电参数同应力间有着明显的线性关系，这种线性关系在加载和卸载阶段略微不同，呈现出一种迟滞特性。应力同电参数之间的线性关系为提出的通过埋入混凝土中的压电陶瓷测量混凝土中内应力的新的测量方法提供了理论和实验基础。     

考虑压电陶瓷不确定性的鲁棒自适应控制

选择信息熵作为判定相似性的工具,在判定数据相似性的基础上选择控制对象等效模型参数。采用简单的一阶惯性模型等效复杂的压电陶瓷模型。考虑实际压电器件的不确定性,在等效模型中,将不确定性视为符合高斯分布的变量。考虑不确定参数的影响,基于线性矩阵不等式(LMI)法的鲁棒镇定,保证系统的鲁棒稳定性。选定控制目标,使用自适应李雅普诺夫(Lyapunov)函数方法设计模型控制器。仿真结果验证控制策略效果良好。     

压电换能器等效参数测量方法对比研究及验证

目前通过导纳圆获取压电换能器等效参数的方法较复杂,导致阻抗分析仪成本高,结构复杂,体积大及便携性差。为了更简单准确地测量压电换能器的等效参数,该文从压电换能器等效电路出发,提出了两种通过给定4个特定频率即可直接推导出换能器等效参数的方法。方法一的算法简单,只需测量4个特定频率下换能器两端电压、电流有效值;方法二需要在此基础上获得电压、电流的相位差。通过仿真分析结果表明,方法一的测量误差较大;方法二与阻抗分析仪PV520A测量结果相比其误差小于1.5%,测量精度较高。     

压电振子复参数等效电路模型研究

为得到压电振子精确的等效电路,将等效电路参数设为复数,即每一电路元件参数包含实部和虚部两部分,其中实部部分意义与传统参数意义相同,而虚部部分表示相应的机械、介电及压电损耗。为得到等效电路参数,给出了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。通过仿真和实验两种方法对复数模型与传统模型进行了性能比较,验证了复数等效电路模型的有效性和精确性。     

压电驱动器迟滞特性的类Hammerstein模型

压电驱动器中迟滞特性会影响微操作系统的定位精度。为了消除迟滞对系统的不良影响,该文提出了类Hammerstein模型来描述压电驱动器的迟滞特性。首先,提出了改进迟滞算子（MDHO）,在算子中增加偏置、死区宽度、斜率调整滞环的高度和宽度,体现迟滞的非对称性和速率相关性;然后,利用改进迟滞算子加权叠加表示静态非线性部分,迟滞算子的参数和权重可以在线调整来适应外界条件的变化,利用输入自回归模型表示动态线性部分,建立了可以描述压电驱动器速率相关迟滞特性的类Hammerstein模型;最后,依次通过最小二乘法、矩阵扩围、矩阵奇异值分解对模型中的参数进行辨识,并证明了所辨识的参数是无偏估计。研究结果表明所提出的建模方法是有效的。     

基于压电阻抗技术的木梁损伤识别研究

利用压电阻抗技术对粘贴有压电陶瓷(PZT)传感器的无损木梁和带孔洞损伤的木梁进行数值模拟和实验研究,并用损伤指数,即均方根偏差(RMSD)来定量评估木梁的阻抗值随损伤程度和损伤位置的变化关系。计算结果表明,利用压电阻抗法能够有效识别木梁的局部损伤,当PZT贴片和损伤位置的间距一定时,RMSD随损伤程度的增大而增大;当损伤程度一定时,RMSD随PZT贴片和损伤位置间距的增大而减小,数值结果与现有实验结果规律一致。相关结论证明了利用压电阻抗技术检测木梁局部损伤的有效性,可为工程实际提供参考。     

压电定位系统的自耦PID控制

针对一类存在非线性迟滞特性的纳米定位压电驱动器的控制问题,使用了一种与被控系统无关的自耦比例积分微分(ACPID)控制方法。该方法将系统内部所有复杂因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,进而设计了基于ACPID控制理论的压电定位控制系统。理论分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果表明,ACPID控制系统的有效性不仅具有更快的响应速度、更高的控制精度,且具有良好的抗扰动鲁棒性,在压电定位系统控制领域具有较大应用价值。     

测量聚合物薄膜电光系数的一种简单方法——干涉法

报道了一种测量聚合物薄膜电光系数的简单方法。这种方法是用石英晶体的逆压电效应补偿聚合物薄膜电光效应引起的光程变化,测量聚合物薄膜电光系数相对于石英晶体压电常数d     

基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟

该文基于ABAQUS有限元软件建立了压电陶瓷材料与混凝土的机 电多物理场耦合数值分析模型,对压电波动法检测混凝土裂缝和弹性模量测定进行数值模拟,探究其损伤识别的机理。采用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷(PZT),采用C3D8R单元模拟混凝土梁,采用三维时域粘弹性人工边界消除边界对应力波的反射。模拟结果表明,嵌入式PZT片激发的应力波包括纵波和剪切波,其中剪切波的幅值比纵波大,传播速度比纵波慢。以信号相对能量(Di)作为损伤程度判别因子,其值随着裂缝的深度增加而降低。将数值模拟计算的Di和混凝土的动弹性模量(Ed)与试验结果进行对比,符合较好,说明有限元方法可以有效地解决该类问题。