压电传感器与执行器集成一体化方法和发展趋势

MEMS系统是在微电子和微机械技术上发展起来的一门新兴多学科交叉研究领域,而压电传感器与执行器集成一体化技术是压电应用领域的重点研究方向之一。本文详细论述了压电自感知执行器的各种解耦方法,并提出了利用多次压电效应机电变换的可逆性与周期性进行传感执行器一体化技术研究的新方法。     

基于非对称夹持的压电旋转驱动器设计

设计了一种新型非对称夹持压电旋转驱动器。通过对称性电信号激励粘贴在基板上的压电晶片,使基板自由端带动质量块非对称地往复摆动,进而产生非对称的惯性驱动力,实现压电旋转驱动器的定向运动。研制了非对称压电惯性旋转驱动器样机,搭建了驱动器的测试系统,对驱动器步长、摩擦力矩、载荷特性等进行了测试。结果表明,驱动器在电压为15V、频率为10Hz、夹持差为3mm时,步长分辨率为1.82μrad,摩擦力矩为2.475N·mm条件下的最大输出载荷为0.122N。     

基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析

为简化压电尺蠖驱动器信号控制系统并降低摩擦磨损，提出了一种基于旋转磁铁箝位的新型压电尺蠖驱动器。该驱动器利用直流电机带动永磁体转动实现交替箝位，通过激光对射传感器感知永磁体位置产生的激励信号来驱动压电叠堆实现精密直线位移输出。优化了驱动器结构的相关参数，制作了压电尺蠖驱动器样机并对其进行试验测试，结果表明：驱动器性能稳定，最小分辨率为0.119 μm，最高速度和最大载荷分别为481.43 μm/s、950 g。     

磁流变液控制式惯性压电旋转驱动器

为改善惯性压电驱动器的输出性能,提高驱动器的稳定性,本文提出了一种利用压电惯性驱动与磁流变液控制共同作用,将固体-固体摩擦转换为固体-液体/固体-类固体摩擦形成定向运动的新型磁流变液控制式惯性压电旋转驱动器。分析了压电旋转驱动器的工作机理,设计制作了试验样机,搭建了试验系统并与机械控制式压电惯性驱动器进行了回退率、线性度、重复性对比试验测试。结果显示:在1Hz,15V方波信号激励下,驱动器平均角位移为0.46mrad;磁流变液控制式驱动器回退率为5.6%,机械控制式驱动器回退率为72.2%;磁流变液控制式十步位移线性度决定系数为0.998,残差平方和为15.359;机械控制式决定系数为0.985,残差平方和为20.872;磁流变液控制式和机械控制式重复标准差分别为0.136,0.475。试验结果表明,磁流变液控制式惯性压电旋转驱动器回退性能、线性度、重复性均优于机械控制式压电驱动器。     

腔高对压电液压驱动器性能的影响

为满足大行程、高输出力精密驱动及振动控制的需求,设计了压电叠堆隔膜泵驱动的压电液压驱动器并进行了试验.利用实际液体可压缩的特性,建立了压电液压驱动器理论分析模型,分析了液体体积模量以及压电泵腔高对其输出性能的影响规律.结果表明,其他结构参数确定时压电液压驱动器输出能力随液体体积模量的减小而降低,并存在最佳腔高使其输出能力最大.利用尺寸为4 mm×4 mm×80 mm的压电叠堆制作了泵腔直径30 mm、高度分别为0.3 mm、0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm、1.3 mm的压电泵,用于驱动尺寸为20×100 mm3的液压缸.以水为工作介质,在电压150 V、频率60～400 Hz条件下测试了驱动器的输出速度及驱动力.工作频率为300 Hz时,腔高0.6 mm(最佳值)时的输出速度为13.2 mm/s,分别为腔高0.3 mm和1.3 mm时的1.1倍和2.28倍;工作频率为80Hz时,腔高0.3 mm(最小腔高)时的驱动力为105 N,是腔高1.3 mm时驱动力的2.3倍,说明选取合理的泵腔高度可有效提高驱动器的输出性能.     

非晶纳米Ni-P/PTFE合金镀层的晶化动力学及耐蚀性能

在化学镀Ni-P溶液中添加纳米聚四氟乙烯(PTFE)颗粒,沉积获得磷含量为9%(质量分数)的高磷NiP/PTFE合金镀层,以考察该合金的晶化动力学特性及其耐腐蚀性能。综合单晶X射线衍射及差热分析(DSC)的结果表明,获得的镀层结构为非晶态与纳米晶的混合结构,较非晶态合金的晶化活化能低。纳米PTFE颗粒的存在可能提高了该结构合金的晶化温度。热处理后的Ni-P/PTFE合金的耐腐蚀性能增强与其所形成的钝化膜有关。     

压电旋转驱动器制作及性能测试

提出了通过控制正压力来改变摩擦力的方案,进而研制了一种以压电叠堆为动力转换元件的新型压电旋转驱动器。采用两个驱动用压电叠堆对称布置的方式设计了该旋转驱动器结构,探讨了旋转驱动器运动机理,制作了压电旋转驱动器试验样机并对其进行了试验测试。试验结果表明,该驱动器输出步长线性度较好,当驱动电压为10 V、频率为2 Hz时,驱动器旋转步长为20 μrad。分析了驱动器输出稳定性,针对存在的问题提出通过施加控制系统来有效提高不同起始位置驱动器的运动稳定性。对试验结果进行误差分析,找出了产生误差的原因,为驱动器的进一步优化设计提供了参考。研究证明了该压电旋转驱动器设计方法的可行性,利用该方法可以制作出结构简单,体积小,适合在微驱动领域中应用的驱动器。     

浅谈古交矿区煤炭增值之路

论述了山西古交矿区煤炭增值的途径：走洗煤、焦化联合企业之路，兴建砰石电厂、开发煤系共伴生资源。     

新型摩擦变化式压电惯性驱动器

由于目前压电惯性驱动器普遍采用非对称性信号激励,驱动信号发生与控制系统复杂,该文提出采用对称电信号激励压电元件产生往复相同的惯性冲击力,通过控制机构和支撑面之间的摩擦力,使驱动器定向运动,形成有规律的新型压电惯性驱动器的研究方案.分析了驱动器的工作原理及结构特点,建立了驱动器的动力学模型,设计研制了基于V型导轨的摩擦变化式压电惯性驱动器样机并进行了仿真分析与试验测试,结果表明,提出的新型驱动器具有输出性能稳定,负载特性好,重复定位精度较高等特点.     

新型落体式惯量测量方法研究

为解决传统落体法将阻力矩视为恒定值进行消元引起的惯量测量精度误差较大的问题,将考虑不同阻力因素的阻力矩函数应用到落体法惯量测量中。通过开展落体法惯量测量装置中阻力因素分析,建立了阻力矩与速度和载荷间的关系,提出了通过在两次落体过程中主动构建相同速度和载荷从而通过做差进行有效消元的方法。设计了一套落体法惯量测量装置,并对提出的新型落体法进行了实验研究,重复测量了3个飞轮的惯量值。研究结果表明:新型落体法的惯量测量误差不超过5%,通过在两次落体过程中主动构建相同的阻力影响因素并进行消元能有效减小阻力影响,提高落体法惯量测量重复性和精度。