压电电极对圆杯形陀螺振子振动特性影响分析

压电电极作为圆杯形谐振陀螺的驱动及检测换能器,直接影响振子的振动特性及陀螺性能.针对合金振子的振动特性,建立了压电电极的机电耦合模型,通过有限元方法重点分析了不同结构尺寸的压电电极对谐振子谐振频率、频率裂解、输出增益及等效应力的影响,得到了优化结构参数(8 mm ×2 mm×0.3 mm),并进行了试验验证.结果表明:电极结构变化对谐振子的谐振频率和频率裂解的影响都很小,分别在10 Hz和2 Hz以内,而对输出增益和应力的影响随长、宽、厚有规律变化.研究工作为陀螺电极设计、陀螺性能提高提供了依据.     

圆弧螺旋型压电能量收集器的有限元模型研究

为了分析圆弧螺旋型压电能量收集器的振动特性和输出特性,本文提出了一种有限元模型,可以在简化模型的同时改善结果的精度。对近似前后的圆弧型压电能量收集器进行了建模、仿真和测试,得到了圆弧螺旋型能量收集器的谐振频率、输出电压与输出功率。将圆弧型悬臂梁进行有限元分割成6～16个矩形结构悬臂梁,并对不同程度的有限元近似下圆弧螺旋能量收集器的谐振频率与输出性能进行分析,结果表明在有限元个数大于等于10时,谐振频率与输出性能相对误差较小。加工制备了2π圆弧螺旋型压电振动能量收集并进行了性能测试。测试结果表明螺旋能量收集器谐振频率为158 Hz,采取10边型有限元模型的理论谐振频率为153 Hz,相对误差为3.5%;最大输出功率的测试结果为53.5μW,最大输出功率的理论结果为55.2μW,相对误差为3.18%,理论结果与测试结果较为符合。     

汽车后视镜压电除雨器理论及试验研究

为了解决汽车后视镜雨天视线模糊的问题,提出了一种利用压电振子作为驱动源的汽车后视镜除雨器,设计了除雨器的结构,建立了其有限元模型,并对其整体和关键部件压电振子进行了仿真分析.制作了样机,并对影响后视镜除雨效果的镜面振幅变化规律进行了测试,测试了在对称波正弦波作用下振幅随频率、电压幅值的变化情况.另外,还对除雨效果与Z型振子的角度的关系进行了试验.仿真和试验结果表明,镜面振幅在谐振频率处得到最优除雨效果;镜面振幅随电压增大而增大;除雨器的除雨效果随Z型振子角度增大先增大后减小,当Z型振子角度为60°时除雨效果最佳.     

泵用两叠片圆形压电振子的弯曲振动分析

为提高微型压电泵的输出能力,采用瑞利法对固定边界条件下两叠片压电振子进行了理论研究。以压电晶片与金属基板的厚度比α、直径比β(称结构参数)为变量,推导出了压电振子谐振频率及有效机电耦合系数的计算方法。通过编程计算即可获得压电振子的有效机电耦合系数和谐振频率,进而优选压电振子的结构参数。以日本产压电振子为例进行了谐振频率的计算,并与阻抗分析仪的测试的谐振频率进行了比较,二者比较接近。研究结果表明,结构参数的变化对压电振子的谐振频率和机电耦合系数影响较大,当结构参数α、β分别为0.3和0.6时,压电振子的最大有效机电耦合系数为0.52。     

三分频式压电骨传导助听装置的仿真与测试

设计了一种采用3个结构尺寸不同的压电振子进行电信号-音频信号转换的三分频式压电骨传导助听装置,该装置可以适应较宽的工作频率范围。对压电振子进行了模态仿真分析和谐响应仿真分析,得出了压电振子最佳振型和谐振频率,确定了各个压电振子的工作频率段。根据仿真结果设计制作了三分频压电骨传导助听装置试验样机,对样机的幅频特性和响度进行了试验测试。结果显示:助听装置中低频、中频和高频压电振子的最大振动幅值分别为86.08μm、34.24μm和1.545μm,且处于各自振动频率段内;低频、中频和高频压电振子在各自频段内响度最大,各频段的最大响度值依次为69.1dB、98.3dB和117.1dB。由于3个压电振子同时工作时,各频段声音都能得到较好的响应,因此拓宽了声音的响应频域。     

“V”型管无阀压电泵用双压电复合振子的振动性能分析

该文介绍了"V"型管无阀压电泵及其所采用的振子的结构.通过建立双压电复合振子的有限元模型,分别对其进行静力学分析与模态分析,研究了不同的基底材料以及结构参数对双压电复合振子的振幅以及谐振频率的影响.所得到的结果为"V"型管无阀压电泵的优化改进提供了参考依据.     

基于PZFlex的超声滚压振子仿真分析

研究一种用于超声滚压的夹心式压电超声振子,应用一维纵振波动方程,对其进行结构参数计算。基于理论计算结果,使用有限元软件PZFlex基于时域/瞬态分析方法对其进行谐响应分析及谐振频率下的端面位移振动情况分析,且根据仿真结果,设计并制造了相应的压电超声振子,并采用频率特性分析仪测量得到其实际谐振频率,采用多普勒测振仪测量得到其端面位移振动情况,结果仿真结果与实际测量值符合较好。     

基于ANSYS的圆形压电振子的仿真分析与研究

利用ANSYS软件建立了压电振子的有限元模型,对圆形压电振子的基板和压电陶瓷片的材料参数、结构参数对其变形的影响进行了分析和对比,根据仿真结果,确定了作为泵腔动力元件的圆形压电振子的参数。对选定的圆形压电振子进行了静态特性、阻抗特性和幅频特性的实验测试,研究了不同波形、不同电压、不同频率驱动信号对振子变形的影响。通过对比实验测试结果和有限元仿真结果,验证了有限元模型的可靠性,为优化压电晶片驱动器结构参数提供了有效的方法。     

复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。     

超声加工用厚电极换能器振子的频率方程研究

旋转超声加工是加工硬脆材料的一种较好方法。为实现长时间连续稳定工作,必须使用厚电极的超声换能器振子。目前,对厚电极换能器振子的研究较少,使用时一般采用近似计算与试验调整相结合的方法。为精确设计厚电极换能器振子,推导了单个厚电极换能器振子的频率方程,并使用模态试验分析和有限元仿真相结合的方法进行了验证,结果表明:在给定的电极厚度范围内,换能器振子的谐振频率误差小于5％,完全满足工程应用的需要。     

镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性

对一种镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性进行分析。该镶拼式复合压电超声换能器由弹性内芯、矩形压电陶瓷晶堆环组及金属预应力管径向复合而成。采用压电陶瓷晶堆,可大幅提高换能器的功率容量及有效机电耦合系数。依据机电类比原理,得出换能器的机电等效电路和共振频率方程;探讨换能器的第1、2阶共振和反共振频率及机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系,并进行有限元仿真分析和试验测试。研究表明,换能器第1阶径向共振及反共振频率随其内芯内径及预应力管外径增大而降低;第2阶共振频率随内芯内径增大存在极小值,但随预应力管外径增大而下降,并且第2阶共振模式的有效机电耦合系数较高。对换能器共振频率的测试和仿真表明,理论与试验及仿真结果相符合。     

干涉式大气垂直探测仪中面弹簧的有限元分析

面弹簧是干涉式大气垂直探测仪中的精密部件,系统要求其在工作过程中具有较大刚度比和足够的轴向行程。利用有限元分析方法对面弹簧进行了优化设计。通过对比不同缝形面弹簧在轴向拉伸过程中的轴向刚度、径向刚度、刚度比,确定了螺旋缝形是相对最优缝形。进一步对螺旋缝形面弹簧做了系统分析,得到了螺旋缝形面弹簧中的基圆半径 、螺距 、旋转角度 、指数 、直径 、开缝数 、簧片厚度 、材料的杨氏模量等参数在面弹簧轴向拉伸过程中,对其轴向刚度、径向刚度、刚度比的影响规律。根据有限元分析结果最终确定一组最优参数值 r₀=20mm,a=20／π²mm/rad,θ₁=πrad,b=2,=200mm,n=3,t=0.2mm,E=1.3 e11Pa,并据此加工成实物。对实物的实测结果表明,螺旋缝形面弹簧具有的轴向行程和较大的刚度比达到了设计目标,验证了有限元分析结果的准确性和合理性。     

超声波轴承用挤压式压电换能器的共振频率

设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用Matlab软件计算出了压电换能器的共振频率。采用有限元软件对已知结构尺寸的换能器进行模态分析,计算出压电换能器所需振型及该振型下的共振频率,数值仿真分析了换能器结构尺寸对换能器共振频率和径向振幅的影响。最后,设计了 一台样机,从理论、仿真及实验三方面对其共振频率进行验证。实验结果显示：换能器径向振动共振频率的理论值与实验结果相对误差为5.89%,仿真值与实验结果误差为3.53%。实验结果证明了理论计算方法的正确性,为压电挤压换能器的设计提供了理论依据。     

A new structure of superconducting magnetic system for 50 GHz operations (invited)

High field and high frequency have been leading the development of electron cyclotron resonance ion sources (ECRISs) in the past decade as demonstrated by the achieved great performance. The present superconducting magnet structures built with NbTi wires have reached an axial field of 3.5-4.0 T and a radial field of 2.0 T for operating frequency up to 28 GHz. Further increase of the magnetic field strength will require higher current superconductor, i.e., Nb(3)Sn wires. This paper will present the features of a new superconducting magnet structure and review of the existing structures. Using NbTi wires, the new magnet structure could be able to produce maximum fields of 7.0 T on axis and radial field of 3.7 T at a hexagonal plasma chamber wall for ECRIS operations up to 50 GHz. If this new magnet can be built with Nb(3)Sn wires, much higher fields can be expected.     

低频正弦波形发生器仿真与设计

利用核磁共振方法勘查地下水就是利用一个铺在地面上的线圈发射并接受NMR信号，线圈中需通入某一谐振频率(拉莫尔频率即氢质子在地磁场中的旋进频率)的正弦波作为激发源。欲获得合适的正弦波，分析了谐振电路的频率特性，对低频正弦波形发生器进行仿真，得到相应的仿真结果，从而设计了实际发射电路，并通过室内实验获得与仿真电路一致的结果，解决了将直流电源能量转化为交流能量发射的实际需要。该正弦波形发生器优点在于发射波形没有衰减，且发射电流持续时间可调节。     

多模联振式超声波裂解系统的设计与优化

为了解决传统超声波裂解仪器裂解效率低、交叉污染风险高的问题,开发了多模联振式超声波裂解系统。通过仿真分析,发现球冠结构传振膜的前十阶振动模态的固有频率具有台阶式分布的规律,这为利用传振膜多阶模态的联合共振提供了可能。基于ANSYS模态分析,分别研究了曲率半径、厚度和预载力对传振膜多阶振动模态联合共振特性的影响,并对传振膜的结构参数和预载力进行了优化设计。据此加工制作传振膜,搭建多模联振式超声波裂解实验平台,并验证其裂解效能。生物实验结果显示,本文所设计的多模联振式超声波裂解系统的裂解率高于传统超声波裂解仪器。     

复合管功率超声压电换能器的径向振动特性

在纵向复合压电超声换能器基础上,提出并研究带预应力外壳的径向复合管压电超声换能器的径向振动特性。换能器由径向极化薄壁压电陶瓷圆管与预应力金属圆管外壳径向复合而成。依据机电类比原理,建立起复合系统的径向振动等效电路,并给出其径向振动共振频率方程。结合数值计算例,探讨换能器的共振和反共振频率以及有效机电耦合系数与预应力圆管半径比之间的关系。设计制作4个径向复合管压电超声换能器样品,通过试验测量换能器径向振动共振和反共振频率。结果表明,换能器径向共振频率的理论值与测量结果符合较好,误差小于5%。     

复合盘压电超声换能器的径向振动频率方程

提出并研究一种复合盘压电超声换能器的径向振动特性。依据机电类比原理,建立复合系统的径向振动等效电路,并推导出其径向振动频率方程。数值计算表明,当换能器半径比一定时,对给定材料换能器径向共振频率与压电晶片直径的积为常数。此外,径向复合换能器不满足传统的“半波长”级联规律,必须进行整体设计。作为算例,给出常用材料钢、铝和钛与PZT-4复合压电超声换能器的径向共振频率常数与其半径比的拟合关系曲线。试验加工两个径向复合压电超声换能器,并测定其共振基频。结果表明,换能器谐振频率误差小于3%,能够满足工程应用需要。     

基于ANSYS Workbench协同平台的汽车膜片弹簧有限元分析

以汽车离合器的膜片弹簧作为研究对象,采用ANSYS Workbench软件对膜片弹簧进行了有限元分析。通过静力分析得到了膜片弹簧的应力应变变化规律,通过模态分析得到了膜片弹簧的各阶固有频率、最大变形量及其振型。研究结果可以为汽车膜片弹簧离合器结构的改进设计提供一定的理论参考。     

Registration of Alfvén resonances in TCABR tokamak by the scanning reflectometer at sideband frequencies

A frequency scanning O-mode reflectometer was used for studies of plasma density oscillations during local Alfve?n wave (LAW) excitation in the Tokamak Chauffage Alfve?n Bre?silien (TCABR) at the frequency f(A) = 5 MHz. It was found that the spectrum of the reflectometer output signal, which consists mainly of the "beat" frequency f(B), is modified by the LAW excitation, and two additional frequency peaks appear, which are symmetrical in relation to the LAW excitation frequency f = f(A) ± f(B). This result opens the possibility to improve the efficiency of studying the LAW induced density oscillations. The symmetry of these frequency peaks yields the possibility of finding the microwave frequency at which the reflectometer cutoff layer coincides with radial position of the LAW resonance zone in the TCABR tokamak.