关于金属端帽压电复合换能器Cymbal的研究

研究了金属端帽尺寸对压电复合换能器Ｃｙｍｂａｌ位移的影响。Ｃｙｍｂａｌ由在厚度方向极化的压电陶瓷片夹在两个薄的黄铜端帽之间,每个端帽的内表面都有一个圆台形空穴。在施加交换 流电场下,陶瓷径向收缩,端帽弹性运动,在法向于端帽的方向产生一个放大的位移。Ｃｙｍｂａｌ换能器比相同尺寸的陶瓷元件的位移要出近４０倍。     

形状参数对Cymbal执行器压电性能的影响

研究金属端帽及压电陶瓷的形状参数对压电复合执行器 Cymbal压电性能的影响。Cymbal执行器由在厚度方向极化的压电陶瓷片 (PZT- 5 A)夹在两个薄的黄铜端帽之间 ,每一个端帽的内表面都有一个圆台形空穴。Cymbal执行器的纵向等效压电常数 de33与金属端帽的直径 de2 、内腔深度 te、黄铜箔的厚度 tb及压电陶瓷片的直径dp、厚度 tp有关     

Cymbal换能器试验研究

研究了Cymbal换能器的形状参数对位移放大作用的影响,以及Cymbal的谐振特性、迟滞系数、响应时间、有效机电耦合系数。通过优化端帽形状参数和制作工艺改善了Cymbal的位移放大作用和频率谐振等特性。其直流电场下位移放大作用是PZT-5的38倍,交流电场下达60倍。等效压电系数达22550 pm/V,谐振频率从28.54~58.53 kHz,响应时间为17~35μs。     

Cymbal型压电换能器等效压电常数影响因素分析

通过对Cymbal换能器压电陶瓷片受力分析,给出了其压电方程的边界受力约束条件,建立了Cymbal型压电换能器等效压电常数de33函数模型。模型计算结果与试验结果吻合。并利用该模型,分析了Cymbal换能器几个关键参数对等效压电常数de33的影响规律。     

高分辨率压电陶瓷微位移检测电路设计与实现

为提高压电驱动的大口径快摆镜控制精度,采用了电阻式应变传感器(SGS)和基于锁定放大信号调理方法来检测压电执行器微位移,该微位移检测电路包括集成在压电内部的电阻式SGS,前端信号调制放大电路、带通滤波去噪电路、相敏解调电路和低通滤波电路等,最后搭建系统验证并利用小波分解重构的方法对微位移信号进行噪声分析。试验结果表明,该系统检测的压电执行器微位移信号良好,噪声满足实际工程中压电陶瓷(PZT)执行器的24nm位置分辨率的要求。     

一种弯曲振动压电换能器的设计

介绍了弯曲振动形式的压电陶瓷换能器,该换能器由两个并联粘接的压电陶瓷圆片、振膜和外壳组成.分析了换能器在不同边界条件下的振动模式,计算并优化压电陶瓷片的尺寸,推导出谐振频率,使换能器工作在2.5 ～4.5 kHz.该换能器作为收发合置换能器使用,在消声室测试,其灵敏度大于89 dB,平均接收灵敏度大于22mV/Pa.     

一种新型扭转振动压电陶瓷超声换能器

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器.基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式.在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大.     

基于三角位移放大机构的压电制动器研究

提出了一种应用于压电制动器的微位移放大机构,该机构以叠层压电陶瓷为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大叠层压电陶瓷的输出位移。分析了放大机构的运动及放大机理,建立了制动系统的力学模型,并利用ANSYS软件建立机构有限元模型进行仿真,在试制样机上对其输出特性进行了实验。实验测试结果表明,该机构对叠层压电陶瓷输出位移的放大倍数为3.2倍,与有限元仿真得到的放大倍数4倍相近,一阶固有频率为1 814Hz,最大输出力为44.1N(150V电压下),且该机构线性良好、分辨率高、迟滞效应较小。     

糖类抗原CA125水平测定在结核性腹膜炎诊治中的意义

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器.基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式.在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大.     

柔性压电式微位移机构动态特性的实验研究

设计了一种压电式微位移机构,采用对称杠杆式柔性铰链放大机构对压电陶瓷输出位移进行放大,弥补了压电陶瓷位移行程过小的缺点.对微位移机构力学模型和压电陶瓷驱动器的动态特性进行了分析,指出压电陶瓷驱动器动态响应的迟滞非线性是影响压电式微位移驱动器控制性能的一个关键因素,直接关系到控制精度的提高,必须采取适当的控制算法予以修正.采用前馈控制同数字PID控制相结合的复合控制算法对柔性压电式微位移机构的控制过程进行校正补偿,建立了动态特性的闭环校正控制系统.实测结果表明,机构的动态响应时间显著缩短,实现了机构的快速响应.     

霍耳位移法测量压电陶瓷的压电系数

提出了一种利用霍耳位移传感器测量压电陶瓷的横向压电系数的新方法。该方法利用压电陶瓷的逆压电效应,对压电陶瓷施加一定大小的电压,使其在垂直电场方向上产生微小形变,利用霍耳位移传感器法测量这一微小位移,得到不同电压驱动下压电陶瓷相应的伸长量,通过计算得出该材料的压电系数。实验表明,该方法简单可靠,精确度高,实验结果符合预期。     

高频压电复合材料球形换能器仿真设计

该文仿真设计了一种高频压电复合材料球形换能器,利用COMSOL软件建立了有限元模型,计算了换能器的声辐射特性,分析了不同压电陶瓷材料、不同基元尺寸对换能器声辐射特性的影响。仿真分析结果表明,球形高频换能器具有高频、宽带及可全向辐射声波等特性,能广泛应用于水声探测与成像发射换能器及其阵列。     

基于ANSYS的压电陶瓷晶片PZT仿真分析

电力支柱瓷绝缘子超声波检测对预防和检测绝缘子裂纹和断裂起到重要作用,换能器是超声波检测的基础元件,而换能器的核心部件是压电陶瓷晶片,其性能直接影响到检测结果。该文研究针对有限元法和传统解析法在压电陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ANSYS有限元分析软件对压电陶瓷锆钛酸铝(PZT)晶片进行特性分析,基于ANSYS的电-结构耦合场模型,对超声波换能器的矩形压电晶片进行静态、模态、谐响应和瞬态分析。通过模态分析和谐响应分析可得到晶片的一阶纵向振动和二阶弯曲振动的固有频率、振型及频率位移响应及影响因素等信息,研究结果对提高超声辐射功率及超声换能器的性能有一定的理论指导和工程应用价值。     

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。     

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。     

压电陶瓷驱动微进给刀架的迟滞建模

以对称式微位移缩小机构和柔性铰链相结合,压电陶瓷驱动的微进给刀架可实现精密加工,但刀架的迟滞特性影响其定位精度。该文根据非线性Preisach模型的理论知识及压电陶瓷驱动微进给刀架的电压位移特性,将模型进行修改后得到刀架迟滞特性的数学模型,并对数学模型式进行离散化处理。实验结果表明,改进后的迟滞模型形式简单,数据采集简便,模型描述精确,能较好地实现压电驱动微进给刀架的迟滞建模,提高了迟滞模型的实用性。为提高压电陶瓷驱动微进给刀架的定位精度,实现精密控制打下基础。     

球面状1-3型压电复合陶瓷材料研究

该文设计并制作了球面状1-3型压电复合陶瓷材料及对其压电特性、声学特性与制作工艺进行了分析和研究,给出了相关参数的计算表达式并对其性能参数进行了测试。仿真分析了球面状1-3型压电复合材料换能器的阻抗特性和发射响应特性。结果表明,球面状1-3型压电复合陶瓷材料具有在工作频带内模态单一,高频工作时宽波束等优点,可广泛应用于水声探测与成像发射换能器及其阵列的研制。     

热疗用凹球面状环形换能器的研究

引入负声源，导出了凹球面状环形换能器声场的简洁表示式。通过数值计算，研究了凹球面状环形阵列的阵元几何尺寸、阵元分布和阵元数及激励信号等因素对声场特征的影响，分析了此类阵列的相控聚焦效果。