压电陶瓷换能器的研究与应用

超声换能器基于压电材料制作,通过发射一定频率的超声信号,并接收载有介质信息的信号对目标介质进行检测.压电陶瓷的特殊性能决定了超声换能器在检测领域的应用越来越广泛.本文主要进行了压电陶瓷的特性分析及换能器的电路等效设计,分析了换能器的性能参数及在液体浓度检测中的应用.     

超声换能器压电陶瓷材料的选择

压电超声换能器的性能主要取决于所用压电陶瓷材料的性能。本文在利用改进传输线路法对常用压电陶瓷各项性能测试的基础上，进行了压电陶瓷性能对换能器作用的研究，结果认为，制作高灵敏度换能器宜选用PZT压电陶瓷，制作窄脉冲高分辨换能器宜选用PbNb2O6压电陶瓷，而制作高频换能器则宜用LNN压电陶瓷。     

超声波探伤仪压电换能器有关参数分析

负载为固体的探头、其频率特性的最大值并不与半波振子的固有频率相同。最佳工作频率决定于频率特性最大值偏移的大小，并与表面加工质量有关。当对分辩率要求也不高时，采用声阻抗较小的材料构成λ／４的耦合层来提高换能器的灵敏度。     

一种压电换能器的结构设计与拉伸式装配方法

压电换能器装配预应力直接影响产品性能。大直径压电换能器对装配预应力控制和压电陶瓷应力分布均匀性提出了更高的要求。为实现大直径压电换能器的高预紧力装配,开展了大直径压电换能器结构设计、装配方法设计和径向应力均匀化研究。首先,基于传输线方法和模态分析开展压电换能器设计,采用Morris方法进行了尺寸参数对压电换能器纵振频率、振幅比和节面位置偏差的灵敏度分析,并设计了预期性能的压电换能器;然后,根据压电换能器对预应力控制的需求,提出了一种液压拉伸式装配方法;针对拉伸装配过程中压电陶瓷组的径向应力分布不均匀问题,对拉伸装配过程中的2个关键状态进行了静应力分析,以指导压电换能器的结构改进设计;最后,设计了拉伸装配装置,并基于该装置完成了压电换能器装配试验。试验结果验证了所提拉伸式装配方法可实现预期性能的压电换能器装配。压电换能器装配后的串联谐振频率和并联谐振频率分别稳定在18.05 kHz和19.57 kHz附近,串联谐振阻抗在10Ω以内,机电耦合系数在0.34～0.36之间。研究结果为控制压电换能器装配预应力提出了新的解决思路,并为大直径压电换能器设计时如何均化陶瓷应力状况提供了解决方法。     

压电换能器驱动电路的设计

压电换能器驱动电路的设计,是整个测量系统的设计难点,国内通常采用的驱动电路,工作效率低、测量精度不能满足设计要求。文章通过对一款大功率压电换能器的设计实践,独创性地设计出一种单端激励的压电换能器驱动电路,利用脉冲变压器进行阻抗匹配和电压调谐,具有电路形式简单、易于操作的特点,同时创新性地利用电压谐振的设计方法,提高了压电换能器的工作效率。通过工业现场应用,产品性能指标达到设计要求。     

超声波探伤仪压电换能器有关参数分析

负载为固体的探头，其频率特性的最大值并不与半波振子的固有频率相同，最佳工作频率决定于频率特性最大值偏移的大小，并与表面加工质量有关。当时分辩率要求不高时，采用声阻抗较小的材料构成λ／４的耦合层来提高换能器的灵敏度。     

压电换能器的导纳分析及其应用

本文分析了压电换能器的等效电路和压电换能器的电导G(ω)曲线、电纳B(ω)曲线,并利用这些曲线来确定换能器等效电路的电阻、电感、电容等参数的值和工程上的其它一些有用参数。     

超声波轴承用压电换能器模态分析及实验研究

设计了超声波轴承用压电换能器,确定所采用的压电换能器的相关参数,并采用有限元法进行压电换能器的振动模态分析,确定压电换能器辐射端面与其他零件组成摩擦副时产生最佳减摩效果的振动模态,并通过实验研究加以验证.研究表明,压电换能器处于纵向振动状态时产生的减摩效果最好.实验证明,超声振动具有良好的减摩性能,同种材料形成的摩擦副,在超声振动状态下静摩擦系数比非振动状态下降低了70%.     

1-3型压电复合材料发射换能器研究

针对1-3型压电复合材料换能器完整模型节点数多、计算时间长,周期模型不能直接模拟换能器水中响应特性等问题,提出了应用ANSYS软件分析1-3型压电复合材料发射器的方法,并利用此方法和厚度模式理论设计了1-3型压电复合材料发射器.同时对厚度模式理论及有限元法计算结果和试验结果三者做出了对比分析.研究结果表明,所采用的有限元法计算结果与测试结果吻合较好,制作的复合材料发射换能器谐振频率为300 kHz,最大发射电压响应为178 dB,且厚度模态纯净.     

MEMS钹式压电复合换能器的设计与仿真

在专业MEMS CAD软件ANSYS和Intellisuite中创建MEMS钹式压电复合换能器的实体模型,通过施加载荷分析钹式换能器在MEMS技术尺寸范围内的性能,包括模拟分析MEMS钹式压电复合换能器的力与位移的性能关系以及等效压电常数d33^c与MEMS钹式压电复合换能器形状参数的性能关系,仿真结果验证了所设计模型的有效性。设计了MEMS钹式压电复合换能器的工艺流程,在Intellisuite软件中给出相应结构物理模拟参数,工艺仿真结果验证了设计工艺理论上的可行性。     

Zn/PVDF复合薄膜的结构和压电性能研究

为获得新型高性能铁电聚合物薄膜的制备技术,采用热压法工艺制备了Zn颗粒/聚偏二氟乙烯(PVDF)金属聚合物压电薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)和傅立叶红外光谱仪(FTIR)对晶形结构进行了分析,运用准静态压电测试仪测量了复合薄膜的压电应变常数d33.结果表明:Zn颗粒的加入使复合薄膜诱导产生β晶相,而热压制备的纯PVDF薄膜只含有非极性的α晶相;同时,Zn/PVDF复合薄膜的压电应变常数d33相比于PVDF薄膜明显提高,具有较强的压电性;并且,压电性能明显受到薄膜中氧化锌含量的影响,在一定范围内,随着Zn含量的增加,复合薄膜的压电应变常数也随之增加.     

传感器技术发展动向

从利用新材料、发现并利用新现象、微机械加工技术、智能化与集成化传感器四个方面综述了传感器新技术的研究与开发;在分析我国传感器产品的技术水平与国外有较大差距的原因,主要是长期稳定性和可靠性较差及我国半导体集成电路工艺水平有限,限制了其应用领域和产业的发展的基础上,得出了根据我国国情及国外技术发展趋势,高精度、高可靠性、宽温度范围、微型化、微功耗及无源化、智能化数字化将成为新型传感器的发展方向的结论,并具体说明国内应重点研发的传感技术.     

Bone-inducing Activity of Biological Piezoelectric Ceramic

1Introduction Thephenomenonofbioelectricityisconsideredone ofthemostpopularphysicalactionthatinterfereinthe complexofphysicalandchemicalprocessesoccurring withinalivingcellororganism,whichisnecessaryforthe maintenanceoflife.ThemacromoleculessuchasDNA,coll…     

压电变摩擦阻尼器对结构地震反应的自协调模糊控制

为减轻结构的地震反应,制作了一款新型的压电变摩擦阻尼器,并设计了自协调模糊控制算法用于结构的振动控制,控制的目标是减轻结构的位移和加速度反应,通过模糊控制算法建立了压电变摩擦阻尼器电压与结构的响应关系,给出了量化因子的计算公式,建立了模糊控制器来考虑地震波对量化因子的影响。算例表明,对于安装有压电变摩擦阻尼器的结构,采用模糊控制算法控制结构振动效果非常好。     

IC引线焊接用超声键合换能器的优化控制

大规模集成电路芯片内晶片与IC引脚间的引线焊接常用基于超声键合压电换能器的超声波焊接工艺,因此超声键合换能器的控制性能直接影响了引线焊接质量及IC芯片的可靠性。该文在分析压电换能器特性的基础上,提出了一种对压电换能器特性参数进行自动辨识的扫频自学习方法,及基于调节器参数自整定的换能器优化控制方法,并介绍了以高性能DSP为核心的压电换能器控制系统的技术实现方案,该系统已在国际品牌的IC封装设备金线焊线机中得到应用。     

S0910 轴承测振仪传感器系统理论分析

建立了Ｓ０９１０轴承测振仪传感器系统的数学模型，推导了传感器系统的响应传递函数和谐振频率，分析了影响频率的响应特性的各种因素，为传感器系统的研究提供了理论依据．     

多层超声压电传感器的计算方法

系统地介绍了研究多层超声压电传感器中所采用的计算方法．并结合实例对传感器插入损失和阻抗频率特性进行了计算,计算结果与实测结果吻合较好．     

基于压电元件的振动主动控制系统

对一种基于压电陶瓷传感器和驱动器的振动主动控制系统进行研究.采用自制小型电荷放大器替代独立式电荷放大器将振动响应转换成电压信号,研究了相应多输入多输出算法,以柔性悬臂板作为被控对象,进行振动主动控制实验,并对本振动主动控制系统进行了试验验证.