压电陶瓷光纤相位调制控制系统的研制

压电陶瓷光纤相位调制器是光纤傅里叶变换光谱测量系统中的核心器件之一,压电陶瓷驱动控制系统的输出电压特性决定了压电陶瓷光纤相位调制器的多种性能,如线性、分辨率、动态特性等,从而对光纤傅里叶变换光谱测量系统的光谱分辨率、测量速度和系统噪声等重要指标产生影响.应用复杂可编程逻辑器件(CPLD)、复合高压运放和单片机等先进电子技术设计压电陶瓷光纤相位调制控制系统.实验表明,该系统加载压电陶瓷容性负载后,在设定的频率范围内显示出了较好的动态特性与线形度,能很好地满足光纤相位调制技术对压电陶瓷工作电压波形的要求.     

基于光杠杆原理测量压电陶瓷压电特性的方法

提出了一种基于光杠杆原理测量压电陶瓷伸长量,对压电陶瓷压电特性进行检测验证的方法。该方法不需要专门的测量仪器,采用常用的材料搭建简便的光路,运用光杠杆原理通过对反射光斑位移的测量,测得不同的电压驱动时压电陶瓷相应的伸长量。文中介绍了光路的搭建,并且对相应的实验数据进行处理和分析。结果显示,在外加电压为0~60V之间,所取的6个点所测的压电陶瓷的伸长量与厂家给出相应参数基本相符,满足实验室对压电陶瓷压电特性测定的要求。     

基于激光回馈干涉系统的PZT迟滞特性测量

压电陶瓷迟滞特性对精密控制系统的精度具有重要影响,目前PZT迟滞特性的测量方法精度较低或者测量系统复杂,难以实现高精度测量。总结分析了目前测量压电陶瓷特性的方法,并使用基于激光回馈干涉原理的微片激光回馈干涉测量系统,利用物体表面的散射光对压电陶瓷的迟滞特性进行测量和分析。该方法不需靶镜,对被测对象要求较低,测量便捷,测量精度达到纳米量级,对精密控制系统中压电陶瓷的校准测量具有重要意义。     

压电陶瓷频率响应及振动面幅值激光外差测量

压电陶瓷已广泛应用于检测、通讯等各个领域。该文采用外差式激光干涉测量法,开展了压电陶瓷振动特性研究。首先给出了激光外差干涉测振仪测试压电陶瓷振动特性的测量方法,并通过实验测得了压电陶瓷片单点振动的频率响应曲线,同时测量了径向直线上若干点的振动频响曲线,进而进行了整个压电陶瓷圆环表面在其谐振频率点的振动测量。实验结果表明,实测压电陶瓷片的谐振频率为30 710 Hz,与其产品标定值30 000 Hz存在710 Hz偏差。其圆环表面振动的振型具有不对称性,这对压电陶瓷的应用设计提供了指导意义。     

压电陶瓷驱动器迟滞非线性的改善方法

压电陶瓷驱动器在微位移定位方面被广泛应用,但压电陶瓷驱动器的迟滞非线性严重影响其定位精度,因此,介绍了各种改善压电陶瓷驱动器迟滞非线性特性的方法,并提出了用3次样条插值法和最小二乘曲线拟合法来实现压电陶瓷驱动器的精确定位,改善压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性,实验表明,以上方法可使压电陶瓷驱动器的定位误差小于5％.     

在压电谐振基波附近的压电应变研究

本文根据PZT压电陶瓷的压电与弹性特性,应用谐振理论对其压电基波频率附近的压电位移作了计算;另一方面,采用一种高频激光双束干涉仪,测量了压电位移的位移量。其实测值和理论计算值是一致的。     

基于Nd:YAG激光回馈干涉效应的PZT精密测量技术与系统

压电陶瓷在精密控制中具有重要作用,而其在快速控制中的实际高频响应却缺少有效且精密的方法。总结了目前测量压电陶瓷特性的方法,分析了测量中存在的困难和不足,使用基于激光回馈干涉原理的Nd:YAG微片激光回馈干涉测量系统对压电陶瓷的动态特性进行了研究。使用两种压电陶瓷在100 Hz~7 kHz驱动电压下对位移响应进行了测量,相应测量位移范围7~34 nm。测量精度达到纳米量级,对较高的振动频率实现了准确测量。该方法具有很高的测量精度,对被测对象要求较低。     

压电驱动三维纳米这位系统的研究

在纳米科学与技术领域,纳米定位技术是实现纳米加工与测量的关键技术.本文作者采用柔性铰链为弹性导轨、压电陶瓷为微位移驱动器,设计了一种新颖的三维纳米定位机构.给出了其刚度公式和动力学模型,对压电陶瓷的压电误差及其补偿方法进行了分析.结合激光干涉仪微位移检测装置.设计并研制了数字闭环控制的三维纳米定位系统.验表明,该纳米定位系统定位精度优于±0.03 μm,定位分辨力3 nm.最大定位时间40 ms.     

功率超声压电陶瓷换能器振动特性的控制

本文提出了用测量压电陶瓷圆板振动频谱和电导纳特性,研究磨边缘的压电陶瓷圆板产生能阱,用等效质量因子m控制耦合径向振动的影响。     

压电驱动电源快速放电回路的研究

为提高压电陶瓷驱动的高压精密微流量阀的频响及微流量输出控制精度,针对压电陶瓷驱动电源不能在断电后将压电陶瓷中的极化电荷迅速释放的缺点,该文在研究压电陶瓷驱动电源的过程中,设计并实现了一种新型快速放电回路,在驱动信号切断后,可快速对压电陶瓷进行放电,使其恢复初始状态,且其放电时间达到毫秒级.在完成快速放电同路特性仿真的基础上,利用所设计的压电陶瓷驱动电源及快速放电同路,对8 mm×8 mm×20 mm、电容为2.3 μF的压电陶瓷进行了驱动与快速放电试验测试,结果表明,该电源的快速放电特性,可有效提高压电驱动微流量阀流量的控制精度及流量阀的频率响应特性.     

弯曲振动压电陶瓷换能器

介绍了一种夹心式弯曲振动压电陶瓷换能器，该换能器由压电陶瓷半圆片、前后金属盖板以及预应力螺栓三部分组成，在结构上类似于夹心式纵向振动换能器。从弯曲振动细棒的运动方程出发，得出了夹心式弯曲振动压电换能器的频率设计方程，在此基础上，进行了弯曲振动换能器设计，结果表明，利用本文得出的公式设计换能器，其共振频串的测试值与设计值基本符合。     

压电陶瓷耦合固体继电器的研制及其电学性能

针对传统固体继电器存在的接通时间长、抗干扰能力差、触发灵敏度等问题,采用PZT压电陶瓷材料,研制出片式结构的压电陶瓷耦合器,并以它为隔离器件又研制出压电陶瓷耦合固体继电器。这种继种器的抗干扰能力、接通时间、触发灵敏度、绝缘电阻、交越失真等主要性能指标与传统的固体继电器相比有显著提高,显示出了很好的应用前景。     

压电埋入式混凝土应力及温度传感器

根据前期对埋入混凝土立方体模块中的压电陶瓷应力及温度特性,提出了一种旨在监测混凝土结构内部静应力及温度的压电埋入式应力温度传感器。该传感器以混凝土为基底材料,以压电陶瓷为敏感单元,通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力及温度变化。同时,提出了一种新的方法来减小在传感器工作工程中由于应力-温度交叉传感导致的测量误差。该方法利用埋入混凝土中压电陶瓷材料特征频率对温度敏感而对应力不敏感的特性来修正等效电路参数的测量值。实验表明,这种方法可以将测量误差降低到5%以内,提高了测量的可靠性。为提高测量系统的通用性,并降低仪器系统的成本,建立了基于虚拟仪器方法的计算机数据采集、处理和分析传感器后端仪器系统。该系统集传感器标定、初始化、数据采集及结果显示为一体,能够高效地完成大量实际工程应用的需要。通过将该测量系统移植到笔记本电脑,还可以完成野外作业。     

压电埋入式混凝土应力及温度传感器

根据前期对埋入混凝土立方体模块中的压电陶瓷应力及温度特性，提出了一种旨在监测混凝土结构内部静应力及温度的压电埋入式应力温度传感器。该传感器以混凝土为基底材料，以压电陶瓷为敏感单元，通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力及温度变化。同时，提出了一种新的方法来减小在传感器工作工程中由于应力-温度交叉传感导致的测量误差。该方法利用埋入混凝土中压电陶瓷材料特征频率对温度敏感而对应力不敏感的特性来修正等效电路参数的测量值。实验表明，这种方法可以将测量误差降低到5%以内，提高了测量的可靠性。为提高测量系统的通用性，并降低仪器系统的成本，建立了基于虚拟仪器方法的计算机数据采集、处理和分析传感器后端仪器系统。该系统集传感器标定、初始化、数据采集及结果显示为一体，能够高效地完成大量实际工程应用的需要。通过将该测量系统移植到笔记本电脑，还可以完成野外作业。     

低频窄带陶瓷滤波器

利用低机电耦合系数的压电陶瓷，制作一种低频窄带陶瓷滤波器。这种梯形陶瓷滤波器中心频率为140kHz，具有低插损、高阻带、高选择的特点。为了改进其可靠性，还为这种滤波器设计了一种新颖的组装结构。     

超声调制电加工系统换能器的特性分析与研究

根据压电振子的动态特性和超声复合电加工振动系统对换能器的要求,设计压电陶瓷换能器;利用ANSYS有限元法对压电陶瓷晶堆进行建模,分析压电陶瓷晶堆的动力学特性。通过ANSYS参数化设计方法,运用多物理场耦合模块分析了压电陶瓷晶堆片数、输入电压信号大小、输出振动位移幅值和晶堆固有频率之间的相互关系,验证了压电换能器设计的合理性及特性分析的正确性。     

基于MC34063控制的压电陶瓷泵电源研制

针对应用于输出电压较小(12～18 V)的燃料电池系统中压电陶瓷泵的驱动问题,在建立压电陶瓷泵的数学模型的基础上提出并研发了一种新的压电陶瓷泵驱动电源.该电源采用MC34063控制芯片控制Boost变换器升压和全桥变换器功率放大,给压电陶瓷泵提供±150 V方波电压,并使陶瓷泵工作在很宽的频率范围(10～100 Hz).对一压电陶瓷泵的特性实验的研究表明此新型驱动电源输出精度高,响应速度较快,驱动能力强.     

基于压电陶瓷的人体能量收集系统的研制

为利用压电材料收集人体能量,设计了一种人体能量收集系统,它可在人行走过程中产生电能,该机构被安装在人腿的膝盖部位,选择性地在腿部摆动结束阶段连续地按压电陶瓷片参与发电,另外还设计了压电发电装置的能量存储与控制电路,并实验了其发电特性,该装置适合给假肢或其他便携式医学设备充电。     

用于光刻投影物镜微调的压电陶瓷

为了提高大数值孔径投影物镜成像质量,需对镜片进行高精度微调.压电陶瓷是一种高精度定位的执行元件.根据电压控制型压电陶瓷驱动电源的原理,利用运算放大器PA88和OPA2227构成的高压运放式复合放大电路,设计了一种高精度的压电陶瓷驱动器,用于驱动镜片的精密微调.详细阐述了驱动器和供电电源的设计原理,并运用Multisim10软件对该驱动器的输出电压、线性度、静态纹波及稳定性进行了仿真分析.结果表明,该驱动器具有输出精度高,最大非线性误差为0.0005％,静态纹波小(±100 nV),稳定性强等优点,达到了投影物镜中镜片微调要求.