液体-压电晶片界面兰姆波激发的理论研究

对液体 -压电晶片结构中叉指换能器所激发的兰姆波进行了理论研究和数值分析 ,给出了兰姆波的相速度、叉指换能器激发兰姆波的机电耦合系数与压电晶片的归一化厚度、晶体切向之间的关系曲线 ,为液体密度兰姆波声传感器的研究提供了理论基础。     

串叠复合材料圆环阵水声换能器设计及制备

提出了一种新型高频宽带压电复合材料圆环阵换能器,综合采用了压电复合材料和多模耦合振动来拓展换能器带宽。通过ANSYS软件对其进行有限元建模仿真,得到了该换能器谐振频率和带宽随压电陶瓷圆环厚度、高度和平均半径的变化规律,并根据仿真结果确定了换能器敏感元件最优设计方案。由最优参数加工得到用于叠堆的两个压电复合材料圆环,并将两压电复合材料圆环轴向叠堆,最终制作了双圆环叠堆压电复合材料水声换能器。经测试,该新型换能器形成了明显的双模耦合振动,其-3dB工作带宽为320~410kHz,最大发送电压响应达147.8dB。研究结果表明,利用复合材料和多模耦合振动可以大幅度拓展高频换能器的带宽。     

液体—压电晶片界面兰姆波激发的理论研究

对液体－压电晶片结构中叉指换能器所激发的兰姆波进行了理论研究和数据分析,给出了兰姆波的相速度、叉指换能器激发兰姆波的机电耦合系数与压电晶片的归一化厚度、晶体切向之间的关系曲线,为液体密度兰姆波声传感器的研究提供了理论基础。     

基于COMSOL Multiphysics压电铌酸锂晶片仿真

压电换能器是声光可调谐滤波器(AOTF)的基础元件,而换能器的核心部件是压电铌酸锂晶片,其性能直接影响AOTF的性能。该文利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件对压电铌酸锂晶片进行有限元仿真分析,基于COMSOL Multiphysics的压电模块,对超声换能器的压电铌酸锂晶片进行了瞬态分析。通过瞬态分析得到了压电铌酸锂晶片随时间变化的位移图。     

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。     

有限元法分析1-3型压电复合材料换能器

1-3型压电复合材料圆柱型换能器由薄片状1-3型压电复合材料沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。根据换能器实际结构和1-3型压电复合材料等效参数模型,利用有限元法在ANSYS中分别建立了两种仿真模型。为验证等效参数模型的可靠性,实验通过改变模型结构尺寸,使换能器内半径从20mm变化到50mm,每5mm作为一个数据点进行建模。仿真计算相同结构尺寸下两种模型的径向振动频率,比较显示两种模型仿真结果接近,平均相对误差仅2.3%。因此,可利用模型II代替模型I对1-3型压电复合材料圆柱型换能器进行仿真分析,从而简化建模和计算。在此基础上,利用模型II分别模拟了该种换能器在空气和水中径向振动频率附近的导纳、发射电压响应和接收电压灵敏度等性能。     

OPCM超声换能器的驱动性能及正交异性研究

研究了正交异性压电复合材料(OPCM)换能器的驱动特性,采用1-1型OPCM制备了换能器,对其驱动原理及正交异性进行了理论分析.通过数值仿真和实验测试了其在横观正交方向上不同的压电特性,即正交异性,并得出正交比,该特性可聚集特征信号的能量,从而提高结构损伤的定位精度.OPCM超声换能器模拟与实验测试结果一致,研究表明,这种新型换能器具有明显的正交异性,能在特定方向产生定向应力波,其驱动性能优于片状压电元件.     

压电双晶片动态机电耦合特性分析

基于压电双晶片本构方程，采用机电耦合系数的一种新的“更为合理的定义方法，分析了动态情况下悬臂梁式双晶片执行器或换能器的机电耦合特性，仿真了分析了机电耦合特性与器件材料，几何尺寸以及信号频率之间的关系，结果表明，机电耦合系数随双晶片几何尺寸及信号频率起伏变化，起伏幅度随信号频率的增大而减小，随双晶片长度厚度比的增大而减小。     

圆环形压电振子疲劳仿真分析与实验研究

压电振子作为压电驱动机构的核心部件,其工作状态和疲劳强度直接决定系统的工作性能和使用寿命。该文利用ANSYS软件对圆环形压电振子进行疲劳仿真分析,得到振动模态云图和最大受力点。研究不同结构尺寸参数对压电振子疲劳寿命影响,并进行双晶片与单晶片压电振子相关数据对比。结果表明,金属材料65Mn的抗疲劳性能最好,减小振子直径或增加振子厚度能较好提高其疲劳寿命,而施加电压幅值过高会降低振子的使用寿命,双晶片压电振子的疲劳寿命比单晶片压电振子疲劳寿命长。对圆环形压电振子进行了疲劳寿命实验,研究表明,选取的此批振子完全能达到使用要求。     

基于双压电晶片的喷嘴挡板伺服阀

研究了一种基于双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀,给出了双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀的基本机构。对双压电晶片在不同频率、介质、基板尺寸及晶片厚度下的变形情况进行了深入的分析,并通过试验初步验证了双压电晶片喷嘴挡板式伺服阀的相关性能,给出了流量、压力特性曲线,对试验结果进行了分析,得出了相关的结论。     

Inherent temperature compensation of a dual-mode fiber voltagesensor with coherence-tuned interrogation

We investigate the effects of temperature on a optical fiber voltage sensor. The sensor is based on the converse piezoelectric effect of quartz. The piezoelectric deformation of the cylinder-shaped transducer crystal induced by an applied at voltage is sensed by an elliptical-core dual-mode fiber. The resulting modulation of the differential phase of the LP₀₁ and even LP₁₁ modes of the fiber is remotely detected by coherence-tuned interrogation using a 780-nm multimode laser diode source. A second dual-mode fiber acts as a receiver interferometer. We determine the influence of temperature on the scale factor of the transducer and on the accuracy of the interferometric interrogation. We further show that the sensitivity to temperature of the group index difference of the sensor fiber modes can be exploited to temperature-correct the scale factor of the transducer     

Noise-cancelling microphone using a piezoelectric plastics transducing element

A noise-cancelling communication microphone using a piezoelectric plastic as the transducer element has been developed. The bimorph structure adopted in conjunction with an impedance matching preamplifier circuit and suitable acoustic design provides an adequate, stable output at low impedance, with an acceptable frequency response. The susceptibility of the microphone to electromagnetic fields is low.     

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。     

压电双晶梁MEMS传感器的稳健设计研究

微机电系统(MEMS)传感器结构参数的微小变差会影响其性能稳定。为提高MEMS传感器性能的稳健性,以压电双晶梁MEMS传感器为例,根据Smits模型,分析压电双晶梁的设计变量和噪声因素的随机性,建立基于随机模型的稳健设计数学模型;编制算法程序,确定MEMS传感器的最优设计解结果优于原设计方案。对比其稳健设计容差模型所得优化解,两者误差率为6.17%,验证了稳健设计结果的正确性。研究表明,即使设计变量存在变差,稳健设计仍能提高MEMS传感器的性能,并保证设计解的稳健性。     

基于1×2阵列压电悬臂梁的AFM并行扫描

分析了阵列悬臂探针并行扫描的工作方式,以非接触磁力模拟样品与悬臂梁间的范德华力,研究了1×2阵列压电悬臂梁的并行扫描和驱动控制方法。每一压电梁均集成了微位移致动器和力传感器,在320Hz一阶共振频率下振动。实验表明:在0.2～1.0mm力作用区内,压电梁自由端每接近模拟样品0.1mm,表征悬臂梁振幅的锁相放大器输出电压减小1.7mV,但微力传感在扫描的升回程存在迟滞;致动器的控制电压每增加10V使锁相放大器输出减小约3mV,表明集成的致动器可调节压电梁与样品间的间距。两压电梁的电荷-位移响应曲线、间距调节灵敏度均不完全一致,讨论了阵列悬臂梁一致性问题和阵列规模大小问题。     

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。     

Analytical modeling of piezoelectric vibration-induced micro power generator

In this article, a novel piezoelectric cantilever bimorph micro transducer electro-mechanical energy conversion model is proposed. Based on the curvature basis approach, the relationship between the deduced voltage and the mechanical strain induced piezoelectric polarization is formulated. In addition to the working equation for piezoelectric sensors, the damping effect is included to enable the resonance frequency, the maximum induced voltage at the resonance, the conversion energy density and the dimensions of the piezoelectric micro power generator to be analytically estimated. The analytical model shows that the vibration-induced voltage is proportional to the excitation frequency and the width of the device but is inversely proportional to the length of the cantilever beam and the damping factor. To verify the theoretical analysis, two micro transducer clusters are fabricated. The experimental results demonstrate that the maximum output voltage coincides with the energy conversion analytical model.     

基于压电双晶片的气动高速开关阀研究

基于智能材料驱动的高速开关阀具有比电磁高速开关阀更好的动静态特性。针对传统悬臂梁结构压电双晶片输出力较小的缺点，该文研究了一种基于压电双晶片的气动高速开关阀，提出了一种简支梁结构固定方式。借助 COMSOL对压电元件流固耦合问题进行分析，优化了阀的关键结构参数，并对样机进行了实验研究。实验结果表明，阀的工作频宽达到280 Hz，在压差0．3 MPa的条件下，最大流量为30．7 L/min。     

基于全光纤相干层析系统快速扫描探头的研制

提出并实现了应用于光学相干层析系统(OCT)的快速扫描探头结构。该探头利用带有自聚焦透镜的光纤悬臂的共振特性,通过对压电双晶片施加共振频率下的方波电压,实现光纤悬臂的一维线性扫描。利用二维位置敏感探测器,同步记录扫描轨迹。通过软件对光纤延迟线的非线性进行校正。并将扫描探头应用于OCT系统中的玻片实验,获得清晰玻片的二维图像。该探头具有结构简单、易于控制、成本较低、精度较高、速度较快等优点。     

新型压电扭转驱动器的设计与试验研究

为实现压电扭转驱动器结构的简化,提高能量使用效率,设计了一种新型压电扭转驱动器.使用压电陶瓷双晶片在外加电场下的弯曲位移,通过简单的运动转换机构实现扭转位移的输出.采用激光反射测角法对驱动器输出的微小角度进行了测量,并与有限元仿真结果进行了比较.通过试验证明该方法制作压电扭转驱动器的可行性,并进行了误差分析,为进一步优化设计提供了理论依据.