压电致动微雾化器的压电-固-液耦合特性分析

针对微雾化器存在的多能域能量耦合问题,建立了压电微雾化器的固-液-声耦合模型,对其耦合特性进行了数值计算,并着重分析了液体层厚度对耦合性的影响,得到了液体层厚度对系统的结构振动、声压力波特性的影响规律.结果表明,由于液体层与固体的耦合作用,压电振子振动的同时,喷孔膜也产生振动,并且两者间存在相位关系;液体层的厚度直接影响结构的耦合性、谐振频率大小及背膜与喷孔膜的相位差,并且存在最佳的设计参数,当液体层厚度为500 μm时,谐振频率最大约是38 kHz,此时,可产生较大的声压力波及较大的流量.微雾化器设计时只考虑压电振子的振幅是不全面的,必须同时考虑喷孔膜的振动及与背膜的相位关系,新的设计原则可为微雾化器的优化设计提供指导依据.     

压电陶瓷圆筒振子耦合振动的本征频率分析

研究了压电陶瓷圆筒振子的耦合振动,分析了振子的轴向、径向伸缩振动及扭转振动之间的耦合关系.从理论上推导出了振子耦合振动的共振频率方程.由于分析中对振子的几何尺寸未加任何限制.因此所得结论适用于任何尺寸的陶瓷圆筒振子,其中包括厚壁圆筒及圆环.理论分析表明.本研究计算简单,物理意义明显,与一维理论的结果相比,文中得出的振子耦合振动的共振频率与实测值符合较好.     

压电陶瓷振子中的损耗及其对振子特性的影响

分析了压电材料中的损耗现象,并用复数表示有损压电振子的各种参数。文章从压电振子的阻抗（或导纳）方程出发,详细分析了纵效应振动及横效应振动模式振子的谐振（或反谐振）频率、频率偏移量与损耗大小、机电耦合系数大小的关系。     

PZT压电陶瓷矩形振子的三维耦合振动

本文研究了压电陶瓷矩形振子的三维耦合振动,通过引入振子的等效弹性系数,用解析法导出了振子的共振频率方程,由频率方程计算了振子耦合振动的共振频率.理论分析表明,压电陶瓷细长棒的纵向振动,薄板的径向及厚度振动等都可由本文理论导出,与数值法相比,本文理论计算简单,物理意义明显.实验表明,振子共振频率的计算值与测量值基本符合.     

压电振子径厚耦合振动的二维等效电路研究

提出了一种轴向极化压电圆环和圆片的径厚二维耦合等效电路模型。应用这一模型分析了它们的耦合振动,比较了不同尺寸比例下耦合振动与单一模式振动的异同,发现这种方法比一维等效电路方法能在较宽尺寸范围内更准确的分析压电振子的振动问题。有限元计算和试验测量结果验证了这一模型对压电振子频率计算的准确性。     

双层泵腔压电无阀微泵结构设计与优化

面向植入式微泵在生物医疗领域的应用需求,为了提高低电压及微型化条件下微泵的输出流量,该文设计了一种双层泵腔压电无阀植入式微泵。基于压电振子的压电耦合仿真以及微泵的电-固-液三相耦合仿真,验证了双层泵腔微泵设计的有效性,并优化了结构及驱动参数。通过实验验证了耦合仿真结果的正确性,并测试了微泵的流量范围。结果表明,微泵最优设计参数：扩散角为30°,颈宽为300μm,上层泵腔高度为100μm。微泵的净流量随电压的增大而增大,且适用于低频驱动。实验结果表明,双层泵腔压电无阀微泵的输出流量是传统压电无阀微泵的5.38倍。     

自由振动压电振子的一种复参数等效电路

将复数概念引入到等效电路元件参数中,并以自由振动压电振子的一种常用振动模——纵向长度伸缩振动模为例,给出了一种复参数等效电路,并推导了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。等效电路元件参数的虚部表示压电振子机械、介电、及压电损耗。给出了由复参数等效电路模型作出的阻抗圆图与由振动理论给出的阻抗圆图以及由传统模型所作出的阻抗圆图。结果表明,新的复参数模型优于传统模型,是一种精确的等效电路。     

压电致动微喷的压力波特征分析

提出了一种压电致动的阵列微喷,以面向吸入式药物治疗应用.该阵列微喷工作在器件的谐振点上,其工作性能决定于液体腔中的压力波的分布和大小.本文针对该类微喷建立了考虑压电-固-液耦合和压力波传播效应的等效模型,并利用有限元方法对整个器件的结构振动模态和压力驻波模态进行了分析.文章对不同振动模态下,液体腔中的声压力波分布以及对微喷设计的影响进行了讨论.     

压电致动微喷的压力波特征分析

提出了一种压电致动的阵列微喷 ,以面向吸入式药物治疗应用。该阵列微喷工作在器件的谐振点上 ,其工作性能决定于液体腔中的压力波的分布和大小。本文针对该类微喷建立了考虑压电 固 液耦合和压力波传播效应的等效模型 ,并利用有限元方法对整个器件的结构振动模态和压力驻波模态进行了分析。文章对不同振动模态下 ,液体腔中的声压力波分布以及对微喷设计的影响进行了讨论     

高温银浆中超细银粉的形态对压电陶瓷振子电性能的影响

通过对高温银浆中超细银粉的形态分布对压电陶瓷振子电性能影响的研究,得到了超细球形银粉和片状银粉的相对比例与振子的一些电性能参数的变化曲线,实验结果表明在制备银浆时,可采用在球形银粉中加入适量片状银粉的方法来提高振子的电性能。     

管道微机器人中压电执行器的研究

微执行器作为微机械系统的核心单元,一直是微机械发展关键。文章介绍了一种应用于管道微机器人的足式压电执行器。在交变电压作用下,该压电执行器将压电体的弯曲振动转化成其弹性足沿管壁的移动,从而实现执行器的运动。在分析其工作原理的基础上,研制了压电微执行器的驱动电源,并进行了简单的实验研究。研究表明该执行器具有结构简单,易于微型化,响应快,驱动方便等特点。     

基于压电驱动的多指微操作工具及实验研究

针对目前微纳操作对微纳操作工具的需求,设计并制造了一种结构简单、柔性模块化、高精度的压电驱动的多指微操作工具。通过实验验证了该多指微操作工具在单指、双指及三指工作模式下均能良好地完成相应的微纳操作,操作成功率在85%以上,夹持范围为10~800μm。通过改变执行末端,调整操作策略,可完成对不同尺寸、材质、结构的微球的拾取与释放。同时,使用多指微操作工具完成微球组装与超显微成像微球操作实验,证明了该操作工具具有重要的实际应用意义。     

新型MEMS可变光衰减器的微磁执行器

探讨了新型可变光衰减器－光纤横向偏移型MEMS可变光衰减器的微磁驱动方式，从理论上分析了微磁执行器设计时应遵从的原理，讨论和设计了微磁执行器的各个参数，新开发了结合使用正胶（AZ－4000系列）和负胶（SU－8系列）的UV－LIGA工艺：在制作了光纤定位槽的基片上溅射Cr/Cu作为电镀种子层，涂布正胶，紫外光刻得到电镀模具，电镀Cu和FeNi分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯；在完成下层和中层后，分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层和后续结构的支撑平台，即涂布负胶覆盖较下层结构，光刻开出了通往较上一层的通道并使SU－8聚合、交联以满足性能要求。并运用该工艺实现了微磁执行器。     

尺蠖型压电驱动器结构及其特性

由于微纳米级精密定位技术在原位测试、精密光学、超精加工等领域的作用无可替代,因此具有精密定位功能的各种新型驱动器受到国内外学者的广泛关注,其中尺蠖型压电驱动器的研究尤为活跃。该类驱动器定位精度高,结构紧凑,输出力大,运动稳定,具备较大工作行程的同时拥有较高的运动分辨率,在各类驱动器中综合优势明显。首先,介绍了尺蠖型压电驱动器的原理和关键部件;其次,对直线型、旋转型和一体型三类代表性尺蠖驱动器的研究进展进行了总结和归纳,分析了各自的主要结构、动作原理、性能特点和适用场合。结果表明,实用性问题是未来研究重点,可从构型设计、控制系统、补偿算法以及温度控制等方面加以改进。     

宏微压电驱动器的电源设计与试验

针对超声电机与压电微驱动器对驱动电源的要求,设计出一种既能驱动超声电机又能驱动压电微驱动器的驱动电源,该驱动电源由可调变压器、半桥模块及以高性能数字信号处理(DSP)芯片TMS320F28335为核心的控制器组成。该电源驱动超声电机时,电源输出相位差、频率均较大范围连续可调的二相超声频率交流电;驱动压电驱动器时,电源输出较大范围连续可调的直流电。对行波型旋转超声电机及钹型压电驱动器的系列驱动试验表明该电源能同时满足超声电机和压电驱动器的驱动要求。     

压电驱动微型喷雾器的研究

研究开发了一种压电驱动微型喷雾器。利用微机械加工技术,制作微米级的喷孔阵列,基于喷墨打印机原理,微喷换能器采用压电驱动方式在其较高阶谐振状态下工作。实验分析了这种微喷换能器的阻抗特性、谐振状态下振动特性以及微型喷雾器的工作性能。实验结果表明,这种喷雾器喷出的雾滴直径大小集中,工作稳定且容易控制喷雾量。     

压电微作动器相位特性分析与改进

误差补偿作动器相位特性等动态性能对补偿控制系统有着非常重要的影响。该文在对压电陶瓷叠堆微位移作动器电压驱动过程分析的基础上，首次给出完整的相位特性分析，分析了影响压电陶瓷微作动器相位特性的三个主要因素及它们相应引起的相位滞后量。计算结果显示出机械结构引起的相位滞后占整个压电微作动器相位滞后量的主要成分。该文分析方法和结果有助于PMDA控制系统优化设计，并使机床误差实时补偿更有效、精密和容易。     

负载刚度对压电元件输出特性影响的研究

压电元件在驱动微操作系统时,其输出位移要小于空载状态下的输出位移,针对众多引起压电元件输出位移减小的原因,重点分析了压电陶瓷输出位移与负载刚度之间的关系,并进行了压电陶瓷驱动弹性负载的实验。实验结果表明,压电元件的输出位移随着负载刚度的增加而减少。此结果为设计微操作系统时选用压电元件提供了理论依据。     

应用于智能机翼的压电致动器技术研究

该文针对新型智能机翼翼型变形控制的应用需求,研究了超临界翼型在产生微变形情况下的流谱结构及在10~500μm微变形条件下翼型的气动特性变化。研制出了用于智能机翼的压电陶瓷致动器:位移量为5~290μm,最大输出力为200N,满足智能机翼变形控制需求,验证了压电陶瓷致动器在智能机翼上应用的可行性。