高压电系数高居里温度压电陶瓷材料的研究

在实验室条件下,对Pb[(Zn1/3Nb2/3)xZryTi1-x-y]O3进行了实验研究.改变Zr/Ti成分比和用La置换Pb以及改变Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的摩尔分数等对压电系数d33和居里温度Tc都有明显的影响,用少量的La置换Pb能有效地提高d33值,与此同时,Tc显著下降,随着Pb(Zn1/3Nb2/3)O3的摩尔分数增加,d33值相应增大,Tc则相对下降幅度较小.当Zr/Ti比为33.5/36.5,x=0.34时,材料的性能较佳,d33=460×10-12C·N-1, Tc=280℃,机电耦合系数Kp=0.59,介电常数εTr=2400.     

压电阻抗技术用于结构健康诊断的一种方法

基于压电阻抗技术用于结构健康诊断的基本原理,以用螺栓连接固定的铝板为例,应用压电阻抗技术对结构中螺栓松动的损伤进行检测实验。鉴于以往此类实验中所采用的阻抗分析仪价格十分昂贵,提出了一种更实用的实验方法。实验结果表明:采用这种方法同样可以通过测量压电片阻抗的变化来诊断出螺栓松动的结构损伤。     

无铅压电陶瓷材料及器件专利发展概述

压电陶瓷材料及器件作为发展较快的基础电子元器件,已经广泛应用于电子行业的各个领域。但是,性能较好的锆钛酸铅(PZT)由于含有铅元素,在其制备及制品使用的过程中铅挥发对环境和人类健康造成巨大危害。因此,无铅的压电陶瓷材料及器件应运而生。本文对无铅压电陶瓷材料及器件的专利发展进行了一定的探讨,介绍了随着时间的推移无铅压电材料及器件在组成、结构或工艺的改进研究成果。本文还对制备器件的结构和性能所面临的问题进行了简单的阐述。     

高效压电能收集电路仿真

基于环境中压电振动能的收集,提出一种高效的压电收集电路。所提出的电路包括两个压电片、一个基于电感的并联同步开关收集电路(P-SSHI)、一个信号调理电路和一个控制电路。其中一个薄压电片可以为另一个主压电片提供信号。所设计的电路既不需要二极管也不需要复杂的控制信号,可以改善压电能收集能力,并且这种压电能收集电路在日常生活中更容易使用。基于0.5μm CMOS工艺仿真结果显示所收集的最大功率超过140μW,相对传统的AC-DC电路提高9倍以上,效率效率达到93.1%。     

基于滚压的压电叠堆压电转换特性仿真分析

本文提出一种基于滚压的压电俘能器结构,结合Cymbal压电换能器和压电振子叠堆,利用滚珠作为激励源,可以把机构的往复振动转换为对压电振子的单向压迫.使用仿真软件对俘能器结构中滚珠压迫压电单元的力,以及该俘能器结构在并联和串联模式下输出的电压和俘获的电能进行仿真分析,得到该结构的压电转换特性.仿真结果表明,滚珠对压电叠堆的压迫力与压电陶瓷层数并不是单向递减,1-5层时递增,5层以后压迫力逐渐减小.在压电陶瓷的总层数不变的情况下,并联和串联时压电叠堆所俘获的总电能是不变的.两种联接模式下总电能随层数的变化关系为5层以内时随层数的增加而减小,超过5层后逐渐增加.     

硅微压电超声换能器的设计与制作

介绍了一种用ZnO薄膜作为压电层的硅微压电式超声换能器(PMUT).该硅微压电换能器的振动基膜采用LPCVD制作的氮化硅薄膜和PECVD制作的二氧化硅形成的复合振动膜结构.文中运用有限元方法对该硅微压电换能器的结构进行了模拟和计算,并进行了预应力对硅微换能器共振频率的影响的分析.实验测得硅微压电式换能器的共振频率为71.36 kHz.本文还使用该硅微超声换能器在油中进行了初步的共振频率点收发信号的实验,接收实验测得信号峰峰值为9 mV左右,发射实验标准水听器接收信号峰峰值为0.8 mV左右.     

Tonpilz型压电陶瓷超声传感器的设计

超声传感器是一种电声转换器件,其敏感元件压电陶瓷控制传感器的主要性能。设计了一种谐振频率为140 kHz的Tonpilz型压电陶瓷超声传感器,从压电方程入手,建立了不同的理论模型,对等效网络法和有限元法2种不同的设计方法进行了比较。相应的试验表明:有限元法的分析结果直观明了、建模快捷、分析准确,其误差可控制在5%以内。设计研制的Tonpilz型传感器工艺简单、造价低廉、性能稳定。     

双压电结构乐甫波激发效率和液体传感的仿真

乐甫波器件适于液体检测,但在工程上经常因为激发效率较低而影响应用。与“压电基底-非压电薄膜”的单压电结构乐甫波器件相比,双压电结构的特点是薄膜也选用压电材料,以期增大器件整体的压电效应。在建立理论模型的基础上,通过空气中和液体检测时双压电结构乐甫波与声表面波、单压电结构乐甫波的机电耦合系数仿真并对比,表明对于某些压电基底和薄膜,双压电结构具有更高的乐甫波激发效率。并且,以液体介电常数检测为例,仿真结果还表明了双压电结构乐甫波比单压电结构具有更高的灵敏度。     

用于压电换能器的频率跟踪驱动电路设计

针对新的压电换能器损耗模型理论,设计并实现了跟踪最佳驱动频率的驱动电路。通过测量验证了最佳频率工作点的存在;利用LC滤波电路克服了电流振荡波形引起的干扰;对换能器进行阻抗匹配设计;通过数字锁相电路,结合FPGA多线程工作模式,实现了最佳频率跟踪。实验结果,在新的频率跟踪系统下,换能器的发热量降低为原来的一半,相较于定频系统运行更加稳定。     

可用于压电发电的振动测试与复现的研究

该文介绍了压电发电获取振动能的现状,近年来,人们对绿色能源的需求越来越大,利用压电发电获取环境中振动能成为研究焦点。阐述了压电发电基本原理,压电发电是利用了压电材料的正压电效应。设计测试系统实地测试了路基振动波形并探讨了在实验室中复现所测振动波形的方法。     

压电免疫传感器用于转铁蛋白免疫反应的动力学研究

采用蛋白 A 将抗体固定在9MHz 双面镀金石英晶体上,研制了一种用于转铁蛋白检测的压电免疫传感器,并用该技术监测了转铁蛋白抗原在压电石英晶体上的吸附与解吸过程。研究了蛋白 A 浓度、抗体效价及抗原抗体反应时间等对传感器灵敏度的影响。着重研究了免疫反应体系的反应动力学。结果表明:转铁蛋白在压电石英晶体上的键合行为符合 Langmuir 吸附方程,免疫反应的结合常数 K_(ass)为6.75×10~7(mol/L)~(-1),并计算了该免疫反应的速率常数 K_f 为2.14×10~7(mol/L)~(-1)S~(-1)。     

胱胺自组装膜压电免疫传感器用于抗胰蛋白酶的测定

该文研制成一种基于胱胺自组装测定抗胰蛋白酶的压电免疫传感器.应用胱胺在石英晶体表面自组装一带有氨基的自组装膜,通过戊二醛交联,成功地固定抗胰蛋白酶抗血清,并用于抗胰蛋白酶的测定.详细考察了胱胺自组装情况,抗体包被和免疫反应的主要实验条件以及传感器的响应性能.在优化的实验条件下,传感器响应的线性范围0.23～23.9μg/mL,回归方程Y=44.25+12.47X,相关系数r=0.9933.     

用于无线开关的冲击式压电自发电模块设计

自发电无线开关可将开关按压动作转化为电能,无需电池,具有绿色环保、免布线等优点,在智能家居中得到了广泛应用。应用超低成本的冲击式压电点火器作为发电模块,设计了机械传动结构,将开关面板按压动作转化后驱动压电发电模块,理论上分析优化了结构尺寸参数,采用3D打印技术加工出了样机。同时设计了电源管理电路,实现了高压脉冲信号的降压、整流、储能和稳压输出。实验结果表明：按压一次储能1.6 mJ,约发送60个脉冲信号,能够有效触发接收端。验证了的压电点火器在无线开关上应用的可行性,其将给智能家居领域相关企业带来更大的商业价值。     

用于无创胎心监护的压电胎音传感器

本文探讨了用于无创胎心监护的压电胎音传感器的工作原理，以及它的结构、“黑箱”方程和实验结果。     

可用于多种压电传感器动态特性补偿方法的研究

提出了一种扩展压电传感器频率响应范围的动态特性补偿方法,其基本原理是用CCD器件构造出一个FIR滤波器的硬件补偿网络.只要对CCD器件的时钟频率加以变化,就可以补偿多种压电传感器的动态特性,扩展压电传感器的工作频带.仿真的结果表明应用这种动态补偿的方法可以显著地提高传感器的动态特性,有效改善传感器的动态品质.     

基于横向场激励的高频压电超声换能器

介绍了一种基于横向场激励模式的高频压电超声换能器及其设计、分析和制作过程。采用扩展的Christoffel-Bech-mann方法对LiNbO3、LiTaO3和PMN-33PT三种不同压电材料的a模式横向场压电耦合系数进行了计算,发现这三种材料中LiNbO3具有最大的LFE a模式压电耦合系数,为28%。采用具有最大压电耦合系数的X切LiNbO3设计并制作了基于横向场激励的高频超声换能器,并采用传统的Pulse-Echo方法测试了该超声换能器的中心频率和带宽。实验测得该LFE高频超声换能器的中心频率为34MHz,-6dB带宽为14.4%。从理论和实验上证明了横向场激励模式可以应用于高频超声换能器。     

基于能量法的超声电机压电振子的耦合动力学模型分析

基于分析动力学的哈密顿原理,采用模态假定将超声电机压电振子复合结构的复杂振动在模态域内等效成单自由度系统的简单振动;考虑压电陶瓷的压电效应,将压电陶瓷诱发应变的激振力的大小用参数力系数描述,建立了超声电机压电振子的机电耦合动力学模型,通过实例计算与实验结果对比,验证该模型是较准确的,可以在超声电机的初步设计阶段替代有限元分析来确定电机的结构及材质参数,并选定合适的工作频率,从而为超声电机进一步的参数化分析和仿真模型的建立,及结构动力特性优化打下理论基础.     

用于液相检测的双参数压电DNA传感器研究

采用自组装技术,利用亲和素-生物素系统将25-mer的生物素标记的DNA探针固定于石英谐振器金电极上,与双参数压电传感器相结合,研制成了用于液相检测的压电DNA传感器。该传感器稳定性较好,3h频移在5Hz以内;液体的体积在一定范围内对双参数传感器未见明显影响;用双参数方法制作的传感器特异性等性能较好,为实现检测的自动化和生物的动力学测定打下了基础。