高压低纹波纳米驱动器

针对压电陶瓷进行了纳米级驱动技术的研究,优化了传统的直流放大式驱动技术的系统特性。深度分析了以压电陶瓷为驱动元件的纳米级微位移驱动技术的特性,实现了以下两方面的突破:在设计基于压电陶瓷元件实现纳米精度定位的研究中,设计出了数控压电陶瓷驱动器;深入研究了压电陶瓷容性元件特性后设计出电压恒流源式驱动电路,同时在电路中引入负反馈,稳定了驱动器的输出。通过大量实验证明,该设计很好地解决了压电陶瓷驱动高精度、快响应的难点,具有很高的实用价值。     

Bi0.5(Na0.82-xK0.18Lix)0.5TiO3无铅压电陶瓷的微结构与电性能

采用传统陶瓷制备工艺制备了[Bi0.5(Na0.82-xK0.18Lix)0.5]TiO3(x=0.01~0.07)无铅压电陶瓷.研究了该体系陶瓷的微结构以及应力对平面机电耦合系数kp和压电常数d33的影响.结果表明,[Bi0.5(Na0.82-xK0.18Lix)0.5]TiO3无铅压电陶瓷具有单一钙钛矿结构,Li+有抑制晶粒长大的作用.当x=0.03时,压电陶瓷样品表现出优良的压电性能:压电常数d33和平面机电耦合系数kp分别为154 pC/N和0.296.同时发现,退火可消除内应力,有利于提高d33,但会使kp减小;极化会引起介电常数εr减小,电畴转向过程中产生的应力对d33影响较为明显     

压电陶瓷驱动器动态驱动电源设计

针对大位移压电陶瓷驱动器的特点,设计了一种可动态应用的驱动电源,并给出了详细的电路原理图.对驱动电源的性能试验表明,在输入为正弦波、三角波和方波等动态信号时,该驱动电源可以很好的跟随输入信号的变化,显示出优异的动态性能.对压电陶瓷驱动器的驱动试验表明,该驱动电源具有较强的带负载能力,可满足大位移压电陶瓷驱动器的动态驱动...     

无铅压电陶瓷的研究现状与发展趋势

随着人们环保意识的增强,无铅压电陶瓷的研究和开发成为当前压电材料领域研究的热点。本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,重点介绍了BaTiO3基、Bi1/2Na1/2TiO3基、铋层状结构、(K,Na,Li)NbO3基及钨青铜结构无铅压电陶瓷等体系的研究现状,同时对制备方法也进行了简要的评述,对无铅压电陶瓷的发展趋势作了展望。     

压电陶瓷极化优化算法与装置

根据压电陶瓷参数优化算法,设计了一种新型压电陶瓷极化优化装置。通过单片机检测极化过程电流变化,自动调节极化过程,实现了压电陶瓷参数一致性的控制。该装置具有性能参数控制好、操作方便、安全等特点,压电陶瓷参数一致性的成品率高。     

基于虚拟仪器的压电陶瓷线性化研究

本文根据压电陶瓷的非线性特性,提出了一种采用离散电压点线性化压电陶瓷的方法。利用数模输出卡,输出不同步长的单个的离散电压,控制电陶瓷伸长的速度,从而达到利用选取的电压值参数来控制压电陶瓷伸长速度的目的。选取恰当的电压值,可以使得压电陶瓷在时间域上线性的伸长而达到线性化的。设计基于LabVIEW的控制系统,并对线性化方法进行了原理分析和实验。实验结果表明,该系统可以有效的在0~300V范围内使压电陶瓷的伸长量与时间成线性关系,定位精度为1nm。     

行波型超声波电动机的机理分析

作为一种特殊驱动源,行波型超声波电动机是一种近几年发展较快的新型电动机.通过所研制的行波型超声波电动机,阐述了行波型超声波电动机的原理和结构特点,分析了压电陶瓷这-功能材料的压电性能,设计出一种能够产生旋转行波的压电陶瓷片以作为超声波电动机的驱动元件,并在理论上分析了电机中旋转行波的产生过程.     

一种微型压电振动能量发电装置的设计与分析

设计了一款多槽型压电振动能量发电装置,通过开槽可增加压电元件的应力、应变以及发电能力。利用有限元方法建立发电装置的仿真分析模型,并进行静力学和模态仿真分析。基于压电发电装置输出的电能与压电陶瓷的应力、应变成正比,分析了压电陶瓷的长度、厚度和弹性基体厚度等参数对压电元件应力和应变的影响规律,并对微型压电振动能量发电装置进行优化。     

压电陶瓷剪切模式用于超声波电动机的研究

介绍了已经采用d15逆压电效应的切变型压电陶瓷元件,如激励扭转振动的压电陶瓷环和筒以及激励行波的压电陶瓷盘等,分析了其在行波型、驻波型等超声波电动机中的应用方式和驱动机理。提出了一种新的切变型弯曲振动的压电陶瓷柱元件,并应用于弯曲摇头型超声波电动机中,有助于满足发展大应变、微型化超声波电动机的需求。     

用于大范围纳米级压电微动台的驱动控制系统

介绍了一种基于尺蠖运动原理大范围纳米级步距压电微动工作台。根据其运动原理特点,设计完成了该压电微动台的控制系统。在电压控制下,利用压电陶瓷的逆压电效应,通过机械装置将压电陶瓷的微小位移输出,达到精密定位的目的。最后对该控制系统进行了性能测试。实验表明,该控制系统所产生的三角波、方波信号纹波电压小,信号稳定,其中放大电路部分放大倍数为57,能够驱动所选用的压电陶瓷,满足微动台驱动要求。     

直线型超声波电动机压电作动器的位移特性研究

由于压电作动器的位移特性对直线超声波电动机的性能有较大的影响,以单层和叠堆压电陶瓷作动器为对象,分别通过理论和计算机模拟对其位移特性进行分析,得出了影响压电作动器位移特性的主要因素,为研制新型叠堆压电陶瓷作动器和开发精密直线型超声波电动机提供理论参考。     

压电陶瓷变压器的线性及非线性模型

在研究压电陶瓷变压器的电气特性及其应用时，压电陶瓷变压器的等效电路模型是其基础之一。根据压电陶瓷变压器的不同工况，给出了4种电路模型，并给出了提取电路参数的方法，当压电陶瓷变压器工作在高电压－大电流工况时，应用模型4所得的理论功耗与实验结果有很好的一致性。     

问与答

问:压电陶瓷片的特点是什么?答【山西李利】压电陶瓷片是一种受压时能产生电能的器件。人们对着压电陶瓷片讲话时,声波就传给压电陶瓷片一个压力,从而获得一定的电能;由声音转化成电能再经放大后,便可用以控制设备。常用的压电陶瓷片如图1(a)所示。它是在压电陶瓷片的两面制作上银电极,经极化、老化后,用环氧树脂把它跟黄铜片(或不锈钢片)粘在一起构成发声器件,图1(b)为压电陶瓷片的电路图形符号。压电陶瓷片的特点是:体积小而薄、耐振动、不易损坏、使用方便、灵敏度高、价格便宜。问:怎样区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器?答【山西刘军】现在市…     

能量回馈型超声波电动机的结构设计与特性分析

为解决极端封闭环境中微机器人检测精密驱动及其电子设备自供电问题,提出了一种具有振动能量采集功能的超声波电动机。电机定子由两组压电陶瓷和金属基体构成锥面夹心结构,一组压电陶瓷利用逆压电效应将电能转换成机械振动能,实现电机的精密驱动与定位;另一组压电陶瓷利用正压电效应将定子机械振动能采集转换成电能,实现对电子器件自供电。对电机定子结构和压电陶瓷极化分区模式进行了设计,利用有限元分析软件建立了电机定子结构有限元机电耦合模型,仿真分析了电机振动模态、谐响应、输入导纳特性、能量采集转换特性和阻抗匹配特性等。研究结果为实现基于压电转换的驱动和能量采集一体化机电产品提供理论基础。     

遗传算法优化的BP神经网络压电陶瓷蠕变预测

针对压电陶瓷驱动器的蠕变误差随时间呈现非线性变化,会严重影响其定位精度的问题,提出遗传算法优化BP神经网络的压电陶瓷蠕变预测算法。采用遗传算法优化了BP神经网络的权值和阈值,构建了基于遗传算法的BP神经网络(GA-BP算法)的蠕变预测模型。用GA-BP算法对压电陶瓷蠕变进行了预测仿真,并将结果与实测数据进行了对比。结果表明,获得的蠕变预测结果与实验数据的最大绝对误差均不超过0.2μm,最大蠕变误差均小于1.5%,最大均方误差仅为0.004 6,因此,GA-BP预测模型可作为预测压电陶瓷蠕变误差的一种有效手段。     

纳米电机驱动大行程超精密工作台的设计研究

介绍了一种由压电陶瓷拨爪电机驱动的一维纳米级定位精度工作台的工作原理及其设计.压电陶瓷拨爪电机可以避免使用传统的粗精两级定位机构,直接实现纳米级驱动定位.针对压电陶瓷拨爪电机的特性,设计了低摩擦的磁悬浮导轨,并采用分体式结构和柔性铰链,将驱动系统与定位工作台隔离,从而有效减少了压电陶瓷拨爪电机在驱动时产生的高频震动对定位精度的影响.固定在工作台上的直光栅实现了对工作台位移的高精度闭环检测.经测试,工作台可以实现0-200mm范围,10nm分辨率的快速、高精度定位,满足纳米测量的要求.     

一种单片机控制的压电陶瓷微位移器的驱动电路设计

介绍了一种利用AT89C51单片机开关控制压电陶瓷微位移器位移的方法,通过单片机的定时器,在安全的TTL电平下实现对压电陶瓷应变片的高压开关控制。该功能是通过选择合适的耐压场效应管实现的,综合开关速率、耐压性、关断电流等方面的因素,采用的场效应管是IRF610型。作出对压电器件、场效应管的选择以及压电陶瓷应变片的单片机驱动电路的设计,并给出了该系统的控制程序。最后对系统进行了仿真实验,仿真结果表明:驱动电压增大,输出位移量也增大,在驱动电压140～200V时,电压增大和减小2个方向测量得到的位移-电压曲线不是重合的,这表明了压电陶瓷的测量迟滞性,驱动电压在150～190V时,函数的线性度最好,两者的迟滞性误差也最小,据此我们可以选择驱动电压范围为150～190V。     

基于LabVIEW的工作电压下压电陶瓷阻抗测试

超声波电机的压电陶瓷定子属于典型的非线性阻抗,一般的LCR阻抗扫频测试仪大多只能测量小电压(5V)下的工作特性,这与大部分情况下压电陶瓷的工作电压有较大差异。本文提出了一种基于LabVIEW软件及PXI采集卡的阻抗测试系统,测试过程中可根据频率对测试系统进行灵活的自动控制,利用此种设备测定了工作电压下压电陶瓷的阻抗模值-频率和阻抗角-频率特性并绘制了图像,为进一步分析和应用器件提供了参考。     

运放对压电陶瓷驱动电路系统精度影响的研究

为了在光刻机投影物镜中使用压电陶瓷对像质补偿镜组进行精密定位,设计了一种以集成运算放大器构成的压电陶瓷驱动电路。针对光刻物镜中压电陶瓷的亚微米量级高精度定位要求,研究了驱动电路的系统精度要求,并对系统误差进行分解,着重分析了运算放大器放对系统精度的影响。首先,分析运放失调误差的影响;其次,使用PSpice仿真获得运放的固有频率特性,分析工作带宽下运放有限开环增益的影响;然后,对运放反馈网络的影响进行分析;最后,分析运放输出噪声的影响。计算表明,在最坏情况下该压电陶瓷驱动电路中由运算放大器引起的系统误差小于130mV,满足系统误差分配的要求。试制了系统样机并进行了验证实验,实验结果表明由运放引起的系统误差不超过100mV,与理论分析的结果符合。     

超声电机定子的简化复合梁模型裂纹扩展分析与实验

超声电机工作环境非常复杂,压电陶瓷极易发生断裂失效。为了分析研究电场、预压力及裂纹位置对压电陶瓷断裂失效的影响,将超声电机的定子沿周向简化为弹性复合梁模型,并在压电陶瓷上预制贯穿裂纹。首先用Ansys有限元软件对简化模型进行仿真,分析得到增大电场、预压力能增加裂纹尖端应力值,裂纹更加容易扩展。然后通过实验验证得到增大电场强度裂纹更加容易扩展。