形状参数对Cymbal换能器发电能力的影响

Cymbal(钹)换能器由两个金属端帽和夹在中间的压电陶瓷圆片组成。首次将Cymbal换能器作为发电装置研究,建立了刚性杆铰接简化力学模型。采用有限元方法对Cymbal换能器力电耦合场进行分析,计算出了产生的电压和电场能随空腔深度、端帽厚度和端帽顶部直径增大递减,随端帽空腔底部直径增大递增的变化规律。利用Cymbal换能器刚性杆铰接模型对计算结果给出了力学解释,并计算出了在金属端帽不屈服情况下的最大发电功率。     

结构参数对Cymbal压电换能器发电性能的影响研究

建立Cymbal压电换能器有限元模型,通过时域仿真,分析了Cymbal换能器压电材料厚度、内腔直径和高度、金属端帽厚度等结构参数对换能器输出电压的影响规律。结果表明,为使Cymbal压电换能器得到更好的输出电压,应该选择最优的内腔高度,增大换能器内腔直径、压电材料厚度,同时减小金属端帽厚度和换能器外直径。可为Cymbal压电换能器的结构优化设计提供一定的理论参考,提高设计效率。     

Cymbal型压电发电装置等效压电常数分析

压电发电工作于低频时所收集的能量与其等效压电常数和等效电压常数的乘积成正比。为了研究Cymbal型压电发电装置的等效压电常数,建立了Cymbal型压电发电装置的三维有限元分析模型,并分析得出了等效压电常数计算公式;详细地分析了Cymbal型发电装置中金属帽的材料和厚度、金属腔底端直径和顶端直径、金属腔高度、压电陶瓷片厚度等因素对等效压电常数的影响,并给出了等效压电常数的优化准则。试验结果表明,经优化后可获得的等效压电常数大约相当于压电陶瓷本身的60倍。     

交变载荷作用下Cymbal换能器的压电性能

Cymbal换能器具有较高等效压电常数的特点,使其可能成为开辟新能源的一条有效途径。采用有限元方法对该换能器共振和非共振交变载荷作用下的电耦合场进行分析。计算结果表明,Cymbal换能器在共振交变载荷作用下所产生的开路电压很高,但由于此时所产生的应力较高,使得换能器工作失效;而在低频非共振交变载荷作用下该换能器能够正常工作,并产生与载荷同频率的具有一定幅值的交变电压。仿真结果表明,Cymbal换能器在非共振低频状态下,可以产生与载荷力同周期的具有一定大小的电压,可作为收集常见低频振动将机械能转化为电能的压电换能元件。     

Cymbal型压电复合换能器的数学模型

研究了Cymbal换能器的工作机理。利用压电方程和弹性力学公式，推导了Cymbal换能器的径向和轴向谐振频率，给出了轴向位移与径向位移之间的数学关系式。部分实验数据与理论计算结果表明，Cymbal换能器的轴向有效压电应变常数是相同规格压电元件的40倍，在压电式微位移驱动器或超声换能器技术领域具有一定的应用前景。     

Cymbal换能器发电性能的有限元分析

利用Cymbal换能器的正压电效应将应变能转化为电能,捕获能量,是开辟新能源的一条有效途径。采用有限元方法对Cymbal换能器力电耦合场进行分析,计算结果表明,换能器非共振条件短路电压随金属端帽底径的增大而增大,随金属帽厚度、顶径、内腔高度的增大而递减。最小二乘法的拟合结果呈现出上述参数对电压影响程度依次减弱的变化规律。选择合适的结构参数设计的Cymbal换能器,将其作为发电元件,可获得较高的电压及功率。     

基于压电陶瓷的新型换能器的研究

Cymbal换能器是一种新型压电复合换能器,能输出较大的位移和驱动力。应用软件分别分析和实验验证了Cymbal换能器的形状参数h对频响和结构特性的影响,同时比较了Cymbal和其它两种结构的换能器在位移方面的差异。     

高Q_M值夹心式压电超声换能器的设计

为了改善换能器的QM值,降低换能器工作时损耗,设计了一种工作在并联谐振频率的压电超声换能器。根据换能器的频率要求,利用换能器的频率方程完成换能器结构尺寸的设计;使用有限元方法对换能器的结构和性能进行了仿真分析;通过实验分析了压电陶瓷晶片关键参数对换能器性能的影响,提出陶瓷晶片匹配原则,为生产高QM值压电换能器提供了参考。     

基于新型压电换能器的加速度传感器研究

针对以压电陶瓷作为敏感元件的加速度传感器灵敏度低的特点,研究了一种以钹式压电换能器为敏感元件的加速度传感器。利用有限元分析软件ANSYS分析钹式换能器结构参数与其电压输出特性的关系,并根据ANSYS优化的结构参数制作了加速度传感器样品。实验表明,基于钹式换能器的加速度传感器的灵敏度是传统压电陶瓷加速度传感器约39倍。     

PZT薄膜驱动的全光纤相位调制器数学模型

提出了一种简单、高效的PZT压电陶瓷薄膜覆膜驱动的全光纤相位调制器数学模型,该模型计入了PZT压电陶瓷薄膜侧向压电常数d₃₁对相位调制效率的影响,结果表明,对于PZT压电陶瓷薄膜覆膜驱动的全光纤相位调制器,这种影响是不能忽略的,由侧向压电常数d₃₁引起的相位调制相当于由压电常数d₃₃引起的相位调制的15%。应用此模型计算了PZT压电陶瓷薄膜、内电极以及外电极的机械与压电性能等参数对于全光纤相位器的相位调制效率的影响。该模型可应用于全光纤相位调制器的设计与优化。