单压电片悬臂梁式压电俘能器效能分析

以线性压电理论为基础,建立了单压电片悬臂梁式压电俘能器的输出功率与压电结构的构型、驱动频率以及外载荷阻抗等物理参数之间的解析关系。数值计算结果表明,优化负载阻抗、金属层厚度以及金属层材料可有效提高俘能器的俘能效率。文中还将单压电片悬臂梁式压电俘能器与双压电片悬臂梁式压电俘能器进行了对比,理论分析结果表明当外界机械振动的频率较稳定时,前者具有更高的俘能效率。     

不同截面形状悬臂梁双晶压电振子发电能力建模与实验研究

为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响,本文根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型,对截面形状对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析,并进行了实验验证。研究结果表明,在相同压电材料体积下,三角形压电振子最大输出功率为4.5mW,约为矩形压电振子的3.3倍,三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力,可有效提高有限体积下压电振子的输出特性。     

压电液压隔振器的能量回收特性分析与测试

为实现高性能的振动主动控制、振动能量回收以及基于能量回收的自供电半主动振动控制,提出一种压电液压隔振器．基于实际流体的可压缩性,建立了压电液压隔振器的能量回收系统模型并进行了模拟仿真分析,获得了相关要素对发电量的影响规律．结果表明,压电液压隔振器的发电能力随系统背压及液压缸振幅的增加而增加,且存在最佳压电振子直径、厚度以及直径一厚度比使发电量最大．采用嘶0×1．6mm。单晶压电振子及@16×100mm3液压缸制作了试验样机,并以水为工作介质进行了不同频率、背压、激振器振幅条件下的试验测试．试验所获得的压电液压隔振器的最佳工作频率仅为6Hz,可用于低频振动能量回收．在频率为6Hz、激振器输入电压为9V、背压为0．4MPa时,发电量为2．42mJ;当其他条件相同,背压为0．4MPa时的发电量约为无背压时的20倍．     

压电陶瓷矩形振子的三维等效电路及其在振子频率特性分析中的应用

在忽略剪切振动、弯曲振动及扭转振动的近似条件下,分析了压电陶瓷矩形振子长度、宽度及厚度振动模式之间的耦合振动,推导出了振子三维耦合振动的等效电路.在此基础上研究了矩形振子耦合振动的共振频率特性并得出了振子的共振频率方程.理论分析表明,压电陶瓷细长条的横向及纵向振动模式是矩形振子在一定几何尺寸条件下的振动模式.按照导出的耦合振动频率方程设计的压电陶瓷矩形振子,其实测共振频率与理论计算值基本符合.     

带背衬压电振子的灵敏度频率特性分析

1 前言 G.Kossoff论述了具有背衬的压电陶瓷振子的灵敏度频率特性,本文则对于使用PVDF之类高分子压电材料的场合也作了计算,研究了它和陶瓷振子在特性上的不同。另外,Kossoff设定在背衬上没有反射,而本文则在Mason等效电路中插入衰减,对含有反射时的特性进行了分析。本文分析的是接收及发射灵敏度。2 接收电压灵敏度Mo     

三角形状压电振子压电特性分析与仿真

(压电振子的几何形状是影响其振动发电的重要因素之一。在相同压电材料体积下,三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力。选用悬臂梁式三角形状压电振子作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS进行仿真研究。建立有限元模型;通过静力学和模态分析,研究压电振子的几何形状对其输出电压、固有频率的影响规律,然后在满足原来输出电压不下降的前提下对其进行尺寸优化,提高单位体积的发电能力。在相同边界条件和外力作用下,优化尺寸模型的体积是原来的0.94倍,输出电压是原来的1.03倍,取得了很好的优化效果。     

宽频自调谐压电振子发电性能研究

传统悬臂梁固定方式下压电振子频带较窄,存在环境适应性差、发电效率低的问题。为此,提出了一种通过改变固定位置实现宽频的自调谐压电振子。建立了调谐模型,对压电振子在不同固定位置的发电性能进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。结果表明：所提出的自调谐压电振子可实现f～2.1 f范围内的调谐。同时通过调节合适的占空比,调谐装置可以实现自给自足。在休眠时间为411 s以上的条件下,可以实现最大频率范围内的调谐,并且能量收集效率在40%以上。此外,在充电时间和激励加速度相同、激励频率不同的条件下,与无调谐压电振子相比,有调谐装置的压电振子的充电效率提高了223%。     

砧骨激励式压电振子听力补偿性能实验

针对传统压电式人工中耳输出增益较小、工作频带窄的问题,提出利用压电叠堆型压电振子激振砧骨体来补偿听力。为验证该方案的可行性,搭建由送声器、测声探管、压电振子及激光测振仪等构成的颞骨实验台,对振子动态特性、听骨链在声激励下及压电振子激振下的动态特性进行了测量。通过对比分析镫骨在两种激励下的运动情况,研究压电振子的听力补偿情况。结果显示,该砧骨激励式压电振子在低功耗、低电压下,便能对听力损伤进行有效补偿。此外,该压电振子听力补偿时还具有高频性能优异的特点,一方面在同等驱动电压下,高频补偿能力更强,能激起高达130 dB鼓膜声激励对应的运动幅度;另一方面,对高频段听力补偿时,具有较高的清晰度。     

低Qm压电振子机电耦合系数的标准计算方法的原理误差分析

压电材料的机电耦合系数通常由谐振及反谐振频率之间的相对间隔确定。常用的ＩＥＥＥ标准计算公式,是由描述理想无损压电振子的电行为方程推导得出的。本文结出了压电材料的固有损耗产生的谐振及反谐振频率的偏移及由此引起的标准公式的误差。代替以往分析时常用的等效电路方法,本文采用把损耗考虑在内的严格的压电振子导纳或阻抗模型。分析结果表明：由测得的谐振子及反谐振频率用标准公式得出的耦合系数小于材料的固有耦合系数;     

新型旋转式压电惯性电机振子的冲击振动分析

新型旋转式压电惯性电机,是一种利用压电双晶片振子作为驱动元件,利用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力的旋转电机。本文研究压电惯性电机振子在pzt元件激励下的冲击受迫响应。推导出了压电陶瓷片两端电压响应方程,以及压电振子梁的冲击受迫响应方程。分析了激励信号频率对振子梁端部响应的影响规律。同时,分析了不同激励信号占空比情况下振子梁端部响应变化规律,以及结构参数对电机驱动力矩的影响规律。分析了提高电机驱动力矩的有效途径。     

微振动输送中圆盘型压电振子的动力学分析

目的研究压电陶瓷振动给料器的双晶片压电振子,求出其力学表达式,为振动给料器的双压电晶片的优化设计奠定理论基础。方法以螺旋式压电振动给料器的圆盘型压电振子为例,对圆盘型压电双晶片进行动力学分析,建立振动模型及动力学方程,对激振力进行求解。结果运用Rayleigh-Ritz法推导出在简支边界条件下,双压电晶片振子的弯曲振动的共振频率以及激振力表达式,得出最大误差出现在160 V处,理论计算与实验验证数据的误差为10%左右,有限元分析与实验验证数据的误差为5%左右。结论通过实验可以看出在实际应用中,要综合考虑其电压输入与压电陶瓷层的变形程度,选择最佳的电能输入,才能使压电双晶片获得最大的激励位移。     

旋转式惯性压电电机的振子模型研究

提出了一种新型旋转式压电惯性电机,利用压电双晶片振子作为驱动元件,用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力使电机旋转。分析了旋转式压电惯性电机的驱动机理,建立了压电振子的动力学模型,求解了振子的自由振动固有频率和模态函数。分析了影响压电振子固有频率的系统参数及其影响规律。计算结果表明梁端部模态函数值与质量系数α的值成反比。这些结论为压电惯性电机的设计和进一步的研究提出了新的思路和方法。     

人工中耳悬浮式压电振子的优化设计

为了优化人工中耳悬浮式压电振子的植入效果,设计了一种位移放大结构用于改善振子的输出特性。首先采用微CT扫描和逆向成型技术建立了包括外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与文献的实验数据比对验证模型的有效性。然后建立人耳与悬浮振子的耦合力学模型,通过有限元的耦合场分析研究加入位移放大结构前后的人工中耳植入效果。研究结果表明,采用位移放大结构后,振子于中高频段的等效声压级得到明显提升,可以有效降低压电振子的功耗。     

拱形-线形非线性磁力耦合压电俘能器建模与特性分析

为分析拱形-线形非线性磁力耦合压电俘能器振动特性,利用磁化电流法建立了磁力模型,实验测量并通过数据拟合方法获取了拱形-线形结构非线性恢复力模型,利用广义Hamilton变分原理建立系统的动力学方程.采用谐波平衡法对动力学方程进行了求解,揭示了不同激励条件、不同磁距对俘能器振动特性的影响关系并开展实验研究.结果 表明:拱...     

压电陶瓷振子专用高温银浆的制备及工艺研究

研究了一种用于压电陶瓷振子的银电极制备的浆料。这种浆料主要由银粉、玻璃料、有机载体组成。本文对银浆各组成部分的属性以及银浆制备工艺和加工工艺进行讨论。     

磁铁夹持式压电俘能器输出性能分析与试验

为满足旋转机械监测系统的自供电需求,针对旋转式压电俘能器存在可靠性低和频带窄的问题,提出一种磁铁夹持式压电俘能器。利用MAPLE仿真软件建立了俘能器动态响应模型,通过仿真分析和试验研究得出了磁铁夹持具有调频的作用。研究结果表明:存在最佳转速使俘能器峰值电压最大,且谐振峰数及最佳转速随动磁铁数增多而减小;随着动磁铁数的增多,激振力的表现形式会由一般周期激励变为简谐激励,最后变为偏置的简谐激励;当动磁铁数为4时,改变中心距L和夹持间距D便可间接改变俘能器系统等效刚度,实现其谐振频率的调节:当L为0,2,4mm时,俘能器出现最大峰值电压所对应的激励频率分别为46.4,38.4,31.2Hz;当D为1,4,7mm时,最大峰值电压所对应的激励频率分别为46.4,38,36Hz,拓宽了俘能器的有效工作频带。此外,在动磁铁数为4,L为0,D为1mm和转速为666r/min时,存在最佳负载400kΩ使俘能器输出功率达到1.3456mW。     

压电驱动器环形压电振子特性及其等效电学参数识别

压电驱动器是一种由压电功能材料构成的微型机电器件,为研究改善压电驱动器环形压电振子的振动特性和俘能特性,建立了压电振子的机电耦合有限元模型,分析了压电振子齿槽倾斜度和支撑对其振动特性和俘能特性的影响,并从改善振子振动特性和俘能特性角度出发,对压电振子进行了结构优化设计;其次,利用该有限元模型求解了压电振子的导纳特性曲线...     

压电俘能技术研究现状综述

摘要：随着微电子、无线网络和MEMS等低耗能产品的应用日益广泛,以化学电池为其主要供能方式存在着诸多弊端,而压电俘能器具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点,且能满足此类低耗能产品的供能需求而备受关注。综述了压电俘能技术的国内外研究现状。围绕提高压电俘能效率,从压电振子构成形式、能量存储电路和能量存储元件等方面进行了系统的介绍,并对压电俘能技术的发展方向进行了预测。压电俘能技术可应用于导弹引信,海啸预警、桥梁安全监测、石油输油管道监测等重要领域的安全检测装置的自供能系统中,同时也可为无线网络、嵌入式系统和MEMS等低耗能产品的实现无线供能,展现出了压电俘能技术的良好应用前景。     

线形-拱形组合梁式压电俘能器振动特性研究

为揭示线形-拱形组合梁式双稳态压电俘能器系统参数对其动力学响应特性影响规律,利用磁化电流法及广义Hamilton变分原理,分别建立压电俘能器非线性磁力模型及系统分布式参数模型;采用谐波平衡法对俘能系统响应特性进行分析,讨论不同磁铁间距、激励幅值、负载阻抗等参数对系统幅频响应及输出功率的影响规律,并进行实验验证.研究结果...