雨量传感器用压电换能器设计仿真研究

为突破压电式雨量传感器在小雨滴粒径方面的检测精度,该文提出了一种新型的换能器设计结构。 在传统换能器结构四周增加压电双晶片的外围结构,通过 ANSYS瞬态分析法分别对中心弧形结构、外围压电双晶片、压电纤维复合材料及压电纤维复合材料双晶片等结构在不同冲击位置的电压进行仿真分析,同时对压电纤维复合材料双晶片因不同水膜厚度引起的阻抗特性进行仿真分析,最后验证了仿真结构的有效性。结果表明,该研究对于新型雨量传感器提高雨滴检测的灵敏度,实现新型雨量传感器关键技术突破起到了一定支撑作用。     

基于预置压电阵列的Lamb波检测技术研究

针对传统智能结构中多组传感器嵌入存在分散性的问题,成功研制了一种新型的预置压电传感器阵列。该预置传感器阵列综合采用了柔性印刷电路技术和压电超声换能技术,给出了压电传感器阵列的设计方案,对其进行了电学性能测试,并应用在某大面积复合材料构件上。结果表明,该传感阵列法可提高多组传感器布设时的一致性,便于快速、有效地在被检测结构中布置大量的传感器,且该技术对结构损伤状况反映灵敏。     

压电薄膜振动传感器灵敏度与频响标定研究

近年来,压电薄膜振动传感器发展十分迅速,已被广泛应用于结构健康监测、医疗电子、加速度、器件振动等测量。该文针对压电薄膜振动传感器的性能检测,设计了一套以可调频激振台作为核心的压电传感器灵敏度与频响特性标定装置。振动信号由可调频激振台提供,标准压电传感器与自制传感器同步进行振动测试。测试结果表明,该装置可方便地实现对被测传感器灵敏度和频率响应特性的标定。标定系统整体设计简单,操作方便。同时系统体积小,稳定性高,测量误差小,便于对各种类型的压电振动传感器进行检测,具有很强的实用性和广阔的发展空间。基于该系统对自制压电薄膜传感器性能的标定,研究了压电薄膜传感器灵敏度的影响因素。     

压电生物传感器设计与实验

压电生物传感器是一种将高灵敏压电传感器与现代生物技术相结合的新型生物传感器,适用于微量物质的精密测量.该文介绍了压电生物传感器的压电质量传感基本原理、系统结构及其应用.实验结果表明,与现有检测法相比,压电生物传感器具有准确、响应快和操作简单等优点.     

抗癌药物筛选的新方法--紫杉醇药效的压电细胞芯片研究初探

以人肝癌细胞株HepG2为研究对象,以压电细胞芯片技术为研究手段,进行了紫杉醇药效的压电细胞芯片实时检测;同时与传统的MTT比色方法进行对比,得到了较为一致的实验结果,即药物浓度与细胞的生长抑制率呈正相关.与传统方法相比,压电细胞芯片技术更省时,更动态,是一种体外筛选药物的好方法.     

一种基于新型欠压闭锁电路的能量收集方法

目前自供电无线压电传感器网络已被广泛应用在智能家居及环境监测等领域。组成网络的每个压电传感器节点需要完成不同功耗的任务,如数据采集、存储等低功耗任务和数据无线传输的高功耗任务。针对低功耗和高功耗任务,该文设计了基于新型欠压闭锁电路的双模组能量收集电路,电路具有蓄能周期短和容量大的特点,可分别用于低功耗任务的低功耗级蓄能模组和高功耗任务的高功耗级蓄能模组,解决了传统单模组能量收集电路因压电传感器节点工作时能量不足或充电过于频繁导致传感器网络无法正常工作的问题。实验结果表明,采用新型欠压闭锁电路的能量收集电路最短蓄能周期仅10 min,能量收集电路最长可驱动压电传感器节点在高功耗模式下工作52 s,是解决自供电无线压电传感器网络能量供给问题的有效办法。     

细胞粘附的压电生物传感芯片研究

细胞粘附研究因其重要价值日益成为生命科学和组织工程领域的研究热点。运用压电传感技术研究细胞粘附行为具有实时、高灵敏及动态的独特优势,为细胞粘附的研究提供了更为科学全面的信息。该文就肝癌细胞粘附的压电生物传感芯片研究进行了实验探讨和动力学分析,以及扫描电镜(SEM)和双胰酶消化法(DTA)双向实验验证和声阻抗模型理论分析,建立了压电生物传感芯片研究细胞粘附的新方法。     

氯化丁基橡胶基压电阻尼复合材料的研究

根据新的压电-导电原理和焦耳定律,将压电陶瓷粉体复合到传统的氯化丁基橡胶阻尼材料中,制作出了性能更好的新型阻尼材料。实验结果表明,复合材料中的压电陶瓷能将机械能转化为电能,并通过微电路耗散出去。因此,通过压电效应-焦耳定律、氯化丁基橡胶的粘弹性阻尼及陶瓷粉体、乙炔碳黑粒子和橡胶分子之间的粒间摩擦、界面摩擦,复合材料可有效地阻尼外界的振动能。     

三角剪切式微震监测压电加速度传感器设计

针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析。仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求。最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验。结果表明,该传感器的谐振频率为6 300 Hz,工作频率为0.1~2 100 Hz,电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s^-2)时,可完成对微震信号的检测,且具有宽频率范围和高灵敏度。     

聚丙烯压电驻极体薄膜声电传感器的性能

压电驻极体（也称为铁电驻极体）是以空间电荷驻极体为基体的一类新型压电功能材料,这种材料不仅具有与压电陶瓷相近的压电活性,同时拥有柔韧、低介电常数和低声阻抗等特点。本研究制备了基于聚丙烯（PP）压电驻极体薄膜的声电传感器,并采用电压放大电路和电荷放大电路对其在声频下的灵敏度进行了测量。结果表明,PP压电驻极体声电传感器在1 kHz下的电压灵敏度约为0.8 mV/Pa,并在300 Hz~10 kHz的声频范围内有良好的线性输出特性。     

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。     

背衬对压电传感器瞬态特性影响的模拟研究

接收信号在换能器压电层中的多次反射及波形转换对超声检测的灵敏度和分辨率有重要影响,提高其接收性能的关键是优化换能器背衬结构与材料参数.该文采用Ansys软件中力-电耦合瞬态模拟法,分析了背衬结构的几何参数、材料参数对压电直探头瞬态接收性能的影响,得到了压电换能器中不同时刻的弹性波场、电场分布及输出电压响应曲线,拟合了换能器灵敏度、分辨率与背衬结构几何、材料参数间的关系.研究结果表明,合理选择背衬结构与材料参数对消减接收信号的多次反射,提高换能器接收性能有明显的作用.运用有限元软件分析背衬结构对压电探头瞬态接收特性的影响,是优化背衬结构与材料参数重要方法之一.     

强脉冲γ线辐射对压电陶瓷材料性能的影响

加速度压电传感器是反应堆内常用的振动测量器件,其核心部件是压电陶瓷材料。由于在强核辐射环境下,中子和γ线分别于压电陶瓷内的原子核和核外电子发生相互作用,发生微观损伤,此损伤经由分子尺度、介观尺度直至会表现为宏观性能（包括材料的压电性能及表观形貌信息等）的变化,将影响器件的性能。长时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化已有研究,然而短时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化的研究较少。该文在辐射装置上进行压电陶瓷材料的高剂量率γ线辐照,随后对材料辐照前、后的压电性能、表观形貌等信息进行实验测试,通过测试结果分析了高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能的影响。     

结构振动控制中压电阻尼技术研究—压电被动阻尼技术（一）

压电阻尼技术有两种类型：压电被动阻尼技术和压电主动阻尼技术。本文对其中的压电被动阻尼技术进行了研究，结果表明：通过给压电元件并联适当的外部电路，可使压电系统具有与粘弹阻尼材料及动力吸振器相似的物理特性。合理配置电路参数，可以实现最优阻尼比。     

压电智能骨料传感器设计与性能研究

载荷、温度等不利的外部环境因素将影响压电智能传感器信号的接收和发射。该文设计了一种自行封装的压电智能骨料传感器(约8~15cm3),通过被动监测技术,对SAB、SAS两组压电智能骨料传感器进行截面抗压承载力的力学性能实验,记录被动监测信号突变点(即声发射信号)并进行分析。结果表明,0.24~0.41 MPa应力区间为压电智能骨料传感器正常工作危险区域,而0.41~0.61 MPa应力区间为正常工作的极限区域。压电智能骨料传感器实际抗压承载力的80%相当于达到了外包层C30混凝土标准抗压强度的90%,充分说明了SAS类压电智能骨料传感器具有非常好的抗压工作性能,揭示了压电智能骨料传感器在抗压等实际工程条件下的良好服役性能。     

压电智能骨料传感器设计与性能研究

载荷、温度等不利的外部环境因素将影响压电智能传感器信号的接收和发射。该文设计了一种自行封装的压电智能骨料传感器（约8~15 cm3）,通过被动监测技术,对SAB、SAS两组压电智能骨料传感器进行截面抗压承载力的力学性能实验,记录被动监测信号突变点（即声发射信号）并进行分析。结果表明,0.24~0.41 MPa应力区间为压电智能骨料传感器正常工作危险区域,而0.41~0.61 MPa应力区间为正常工作的极限区域。压电智能骨料传感器实际抗压承载力的80%相当于达到了外包层C30混凝土标准抗压强度的90%,充分说明了SAS类压电智能骨料传感器具有非常好的抗压工作性能,揭示了压电智能骨料传感器在抗压等实际工程条件下的良好服役性能。     

压电传感器动态特性数字化补偿方法应用研究

从压电式传感器物理原理出发,导出了压电式传感器动态特性的物理数学方程;提出了压电式传感器动态特性补偿原理,并给出了具体的数字化动态补偿实现方法。通过扫频原理获得了一种新型钵状差动式压电加速度传感器精确模型,运用该文数字化动态补偿方法,完成了该型传感器补偿器。对比补偿前后的产感器扫频曲线,表明该文方法可以达到很好的动态特性补偿效果。     

高应变载荷下压电传感器性能研究

压电传感器具有优良性能,可以同时应用于主、被动式结构健康监测技术中,但由于高应变载荷下压电传感器的性能会受到影响,限制了在实际工程中的应用。该文针对高应变载荷下传感器性能进行研究,提出通过增加胶层厚度和减小弹性模量,增强压电传感器的高应变承受能力。定义了阻抗信号变化指数和阻抗信号突变载荷,对压电传感器性能进行表征。实验结果表明,胶层厚度增加,弹性模量减小,会使阻抗信号突变载荷增大,压电传感器高应变承受能力提高。