TPMS用压电发电装置研究

提出利用压电发电装置替代电池为汽车轮胎压力监视系统(TPMS)提供实时电能,在分析了压电振子安装方式、固有频率及车速对压电发电装置发电能力影响的基础上,设计了一款适合安装在车轮毂上的压电发电装置,并对其发电性能进行了试验分析和理论计算,结果表明,压电振子在既垂直于轮毂又垂直于车轮滚动方向的安装方式下,利用两片不同固有频率的悬臂梁型压电振子制作的压电发电装置产生的电能满足汽车轮胎压力监视系统(TPMS)的供电要求.     

铜 压电陶瓷复合型悬臂压电振子发电性能分析

利用压电振子采集环境振动能量为低功耗电子产品供能是近年来研究的热点,而压电振子的振动发电能力与其几何形状有关。该文针对悬臂梁压电振子,利用ANSYS软件仿真分析了其自由端尺寸的改变对压电振子的输出电压及固有频率的影响。结果表明,在相同条件下,存在一定的自由端尺寸使压电振子采集环境中低频振动的能量最大。     

基于压电振子的振动能量捕获行为研究

压电振子是实现振动能量捕获的重要基础,它的结构参数对其发电量和固有频率产生直接影响,需要进行优化设计.该文针对悬臂梁压电振子结构,采用ANSYS有限元建模方法,进行了静力学及模态仿真分析.研究了压电振子的各参数和质量块对其发电量、固有频率的影响规律,设计并搭建了实验台进行实验研究.实验结果验证了仿真分析的正确性,为压电振子的优化设计提供了依据.     

压电俘能器阻抗匹配分析及实验研究

为了研究负载电阻对压电悬臂梁振动俘能性能的影响,使用有限元法对直接与负载相连的悬臂梁压电振子进行压电-电路耦合分析,得到了负载电阻对压电俘能器谐振频率、输出电压和功率的影响关系,并进行实验验证.研究结果表明,随着外接负载电阻的增大,俘能器谐振频率有所增加,从短路谐振频率到开路谐振频率变化范围可达到2 Hz.此外,负载阻值的大小也会影响俘能器的发电能力,负载电阻越大,输出电压越高,但存在匹配电阻使压电俘能器的输出功率达到最大.因此,通过合理选用负载电阻可实现固有频率微调谐和增加发电能力的目的.     

面向负载功率的压电悬臂梁研究

基于电路负载阻抗匹配原理,为最大程度利用压电悬臂梁发电装置收集环境振动能量,保证压电悬臂梁外接负载能够正常工作,需要研究压电悬臂梁结构参数对其最佳输出功率以及相对应外接负载匹配阻值的影响。该文通过压电电路分析,研究了基板和压电陶瓷片的长度、厚度、宽度和质量块质量对压电悬臂梁最佳输出功率以及相对应负载匹配阻值的影响。结果表明,一定范围内,增加基板长度、压电陶瓷片厚度、质量块质量可以增加压电悬臂梁外接负载匹配阻值,增加基板厚度、压电陶瓷片长和宽可降低压电悬臂梁外接负载匹配阻值;随着基板长度、压电陶瓷片宽和长、质量块质量的增加,压电悬臂梁最佳输出功率得到显著提高,基板宽度对压电悬臂梁最佳输出功率基本无影响,增加压电陶瓷片的厚度,压电悬臂梁最佳输出功率先增加后降低,存在一个最佳输出功率。     

新型风力压电发电装置设计及发电性能

为了利用压电发电装置采集自然界中的风能,并解决传统压电发电装置受外界振源限制的缺陷,设计了一种新型的风力压电发电装置。对装置中的悬臂梁压电振子进行了发电电压的理论分析及有限元验证,结果表明,压电振子发电电压的理论计算结果与ANSYS仿真结果基本吻合,两者之间的误差仅为0.54%。在此基础上,运用ANSYS有限元软件来计算该新型风力压电发电装置的发电能力,计算得到装置在振幅为1 mm、频率为20Hz的简谐力作用下,一个悬臂梁压电振子所产生的电压为30.1V。为了获得最佳的发电性能,对发电装置的结构参数进行了优化设计,研究结果表明,当悬臂梁压电振子的上表面比风车轴凸轮上凸点的最低点位置高2mm时,该装置具有最佳的发电性能,一个悬臂梁压电振子可产生约60.3V的发电电压。     

压电式发电的悬臂梁结构参数分析

针对如何提高悬臂梁压电式发电效率的问题,通过所建立的压电转换模型,分析了结构参数对输出电压的影响,在设计悬臂梁的结构参数时,尽量在结构强度允许的条件下,选择大的附加质量块与压电双晶片宽度,是获得较大输出电压的重要方法.分析还表明,虽然压电双晶片的长度lb对输出电压影响较大,为满足压电发电装置的微型化要求,在设计中参数限制了lb的选取范围.在低频工作区,参数附加质量块与悬臂梁沿x轴方向上的接触长度lm、压电陶瓷层的厚度tc对输出电压作用较弱.经设计与搭建的实验平台及测试系统,进行了测试结果与仿真分析相比较,结果表明理论分析是可信的.     

一种基于MEMS的新型镂空压电悬臂梁能量采集器

在经典的矩形悬臂梁结构基础上进行改进,设计了一种新型的基板与压电膜镂空的微悬臂梁能量采集器。在悬臂梁基板与压电膜上添加镂空,分析其结构尺寸(即镂空的长度、宽度、厚度以及数量)与压电振子固有频率和开路输出电压之间的关系,并通过调节其结构尺寸,使压电能量采集器具有更低的振动频率与更高的开路输出电压。实验结果表明,在镂空长度为200 μm,宽度为165 μm,数量为12时,该结构振子的固有频率可达到399.7 Hz,开路输出电压可达0.271 V。     

变截面悬臂梁压电俘能器动力学特性分析

提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种不同形式的变截面悬臂梁。对比分析了三角形梁、矩形梁和具有不同宽度比梯形梁的固有频率、应力和应变分布及简谐激励输出电压响应。结果表明,三角形梁固有频率较大,输出电压最大,同时分析了不同变截面段长度对输出电压的影响。该文还分析了具有相同一阶频率、不同宽度比俘能器的输出电压,表明三角形结构单位体积压电层输出电压最大。对比分析了基体层上根部粘贴压电片和全部粘贴压电片的输出电压特性。结果表明,前者输出电压较大,发电性能更好。     

梳状齿环形压电振子振动的有限元分析

利用有限元法对具有梳状齿的环形电压振子进行了计算,分析了行波马达不同结构参数对压电振子动态特性的影响,绘制了各参数对压电振子固有频率的影响曲线,进行了马达试验,分析结果与试验结果基本符合,可作为这种振子设计的依据。     

圆环形压电振子疲劳仿真分析与实验研究

压电振子作为压电驱动机构的核心部件,其工作状态和疲劳强度直接决定系统的工作性能和使用寿命。该文利用ANSYS软件对圆环形压电振子进行疲劳仿真分析,得到振动模态云图和最大受力点。研究不同结构尺寸参数对压电振子疲劳寿命影响,并进行双晶片与单晶片压电振子相关数据对比。结果表明,金属材料65Mn的抗疲劳性能最好,减小振子直径或增加振子厚度能较好提高其疲劳寿命,而施加电压幅值过高会降低振子的使用寿命,双晶片压电振子的疲劳寿命比单晶片压电振子疲劳寿命长。对圆环形压电振子进行了疲劳寿命实验,研究表明,选取的此批振子完全能达到使用要求。     

压电微泵驱动信号及流量影响因素分析

压电微泵的泵出流量由微泵结构、压电振子特性及驱动系统驱动信号的形式决定。在机械结构及材料特性确定的条件下,压电振子的驱动信号决定着微泵输出微流量的可靠性和稳定性。在分析压电微泵驱动基理的基础上,通过Ansys对驱动压电振子有效振动的一、二阶频率进行有限元模拟分析,确定了驱动信号电压幅值、频率对微泵流量的影响。以此为基础搭建压电微泵流量测试实验平台,在相同电压和频率条件下,研究了3种不同脉冲信号（正弦波、三角波、矩形波）对输出流量的影响。通过实验对理论模型进行修正,得到了压电微泵输出流量简化模型。实验验证了所得模型在正弦波、三角波、矩形波3种不同波形驱动下最大误差不超过4%,控制范围内可靠性在99.0%以上。综合比较可知,方波脉冲信号为压电微泵最佳驱动信号。     

基于压电换能器的液滴驱动模型研究

基于智能车辆视觉传感器表面除水的需求,该文提出了一种利用压电换能器激励兰姆波以驱动液滴运动的装置,并建立了压电振子和弹性体平板的二维有限元模型。首先运用COMSOL Multiphysics仿真软件对自由边界条件下的压电振子进行频率分析,得到前4阶特征模态,第2阶模态具有最大的结构相对位移,其特征频率为谐振频率;然后对压电振子所激励的兰姆波在平板中的传播特性进行了分析。结果表明,兰姆波在板中出现明显的频散特性,并通过改变压电振子间隔激励A₀模态占主导的兰姆波,以提高液滴驱动效果。通过实验验证了兰姆波驱动液滴模型的可行性。     

纵扭复合型超声波电机压电振子的设计

通过简单推导得出纵、扭振动压电晶片两端的振动方程并在此基础上画出了对应的等效电路图。在压电振子设计过程中,由于纵振子是由整片压电晶片加工而成,设计较为容易,因而压电振子的设计主要是对扭转振子进行设计。扭转振子的设计是以电机力能指标为出发点,通过分析电机的转矩特性得到一系列公式,利用这些公式即可得到扭转振子各部分尺寸。由于电机采用对称结构,在得到扭转振子各部分尺寸后,纵振子的尺寸也就确定了。最后还对     

低Q压电陶瓷振子Qm和Kt的测量方法

本文提出了测量压电陶瓷振子的等效电容或等效电阻确定低Q_M压电陶瓷材料的Q_M和K_1的方法。     

压电泵振动放射噪声的研究

压电泵的动力源是由压电陶瓷片及金属放大片所组成的压电振子，产生振动及噪声是这种泵所不可避免的必然现象．该文对压电泵振动放射噪声进行了研究。首先提出了由振动量计算合成声压的理论模型；然后开发了压电振子的振动及振动产生放射噪声测试的试验装置，并利用这种装置适时跟踪测试了压电泵的振动与噪声；最后把理论计算与试验测试进行了比较，其结果证明了振动量计算合成声压理论的正确性。     

双弯曲驻波压电振子的振动及其相位关系研究

对驻波驱动型双弯曲压电振子基板与凸起之间的振动及其相位关系进行了解析推导 ,从理论上说明了双弯曲压电振子在单一信号激励下能够生成椭圆运动并形成驱动能力。为这种振子的进一步开发应用奠定了理论基础     

Piezoelectricity of the Transmembrane Protein ba3 Cytochrome c Oxidase

Controlling the electromechanical response of piezoelectric biological structures including tissues, peptides, and amino acids provides new applications for biocompatible, sustainable materials in electronics and medicine. Here, the piezoelectric effect is revealed in another class of biological materials, with robust longitudinal and shear piezoelectricity measured in single crystals of the transmembrane protein ba₃ cytochrome c oxidase from Thermus thermophilus. The experimental findings from piezoresponse force microscopy are substantiated using a range of control measurements and molecular models. The observed longitudinal and shear piezoelectric responses of ≈ 2 and 8 pm V⁻¹, respectively, are comparable to or exceed the performance of commonly used inorganic piezoelectric materials including quartz, aluminum nitride, and zinc oxide. This suggests that transmembrane proteins may provide, in addition to physiological energy transduction, technologically useful piezoelectric material derived entirely from nature. Membrane proteins could extend the range of rationally designed biopiezoelectric materials far beyond the minimalistic peptide motifs currently used in miniaturized energy harvesters, and the finding of robust piezoelectric response in a transmembrane protein also raises fundamental questions regarding the molecular evolution, activation, and role of regulatory proteins in the cellular nanomachinery, indicating that piezoelectricity might be important for fundamental physiological processes.     

压电扬声器的技术发展及相关专利申请

介绍了压电扬声器领域的技术发展现状。以使用压电材料的不同对压电扬声器的技术特点进行了分别介绍;针对每一种材料的扬声器出现的典型的技术问题,提供相关专利申请的典型代表给出了目前本领域解决上述问题的方案。     

无阀压电泵的泵腔容积变化量

通过对简支边界条件、电压驱动下复合压电振子的振动分析，推导了复合压电振子的运动方程，从而导出了复合压电振子变形后所包围的体积即无阀压电泵的泵腔容积变化量的计算公式，分析了泵腔容积变化量与复合压电振子最大变形量之间的变化关系，给出了通过复合压电振子最大变形量来计算无阀压电泵泵腔容积变化量的计算式。