压电厚膜的研究现状及趋势

随着电子元器件向小型、高灵敏、集成、多功能化方向发展,薄/厚膜材料及器件逐渐成为研究的重点.由于压电厚膜(10～100μm)兼具有压电陶瓷与压电薄膜的优点,是各种微型传感器和执行器的核心部分,已引起世界各国研究者极大的兴趣,但是大多数研究还处于实验阶段.评述了压电厚膜的制备方法、测试表征以及应用状况,归纳了压电厚膜研究的现状及发展趋势,指出了其中存在的问题及解决办法,并对压电厚膜今后的研究提出了一些建议.     

柔性压电纤维复合材料驱动器的驱动特性研究

本文通过分析柔性压电纤维复合材料驱动器（Flexible Piezoelectric fiber composite actuator Device,FPD）的变形驱动机制,提出了一种基于铁电参数预测其工作电压范围的方法,基于压电方程推导了FPD驱动力的表达式,并经实验测定验证了所提方法的可靠性。此外,基于所提方法研究了有效宽度对机电阻抗性能和驱动性能的影响规律。结果表明：基于铁电参数预测FPD工作电压范围的方法合理可行,FPD的许用工作电压在负向次矫顽电压到正向极化电压之间,且偏置/非对称电压驱动模式可以同步实现大应变和小迟滞;基于压电方程计算FPD驱动力的方法有效可靠,FPD的驱动力正比于其压电应变系数、弹性模量、横截面积及外加电场;随着有效宽度的增加,FPD的电容和驱动能力增加,阻抗减小,主谐振峰、自由应变和迟滞基本不变。     

新型压电陶瓷驱动器的特性分析

讨论了一种基于压电陶瓷的新型叠堆驱动器,并阐述了其工作原理,推导出该驱动器的力学性能公式。基于压电陶瓷材料的机电耦合特性,运用ANSYS有限元软件对此驱动器进行了数值分析,研究了其驱动性能,分析结果表明,其输出位移和输出力均与输入电压呈线性关系,在较低电压下可获得较大变形量,且具有良好的动态响应特性。该叠堆压电驱动器结构简单、尺寸小、成本低,通过输入电压即可实现位移控制,可作为较好的自适应控制驱动器应用于智能摩擦阻尼器的驱动装置。     

典型引信环境力对压电驱动器的影响研究

将一种直线型压电驱动器作为解除保险的作功元件用在机电式引信安全系统中,实现炮口保险距离的可控。对压电精密驱动器运动机理进行了分析,并给出其在引信安全系统中的作用方式。理论分析了引信在勤务处理和发射过程中的典型环境力对压电驱动器构件的影响,并采用AVEX冲击试验台对压电驱动器进行冲击试验。研究结果表明：压电驱动器可承受勤务处理中15.25m高度落向钢板的冲击惯性力的作用;能够抵抗弹丸转速为15000r/min下的离心力而使动子运动到位;可承受1.5×104g的后坐冲击加速度。研究结果为压电精密驱动器在引信安全系统中的使用提供了理论依据,同时该方案为炮口保险距离的可控性提供了新思路。     

压电喷墨驱动器特性研究及参数优化

目的 研究压电驱动器结构参数对其驱动性能的影响,并对其结构进行优化,为进一步研究压电喷墨的喷射特性奠定基础.方法 总结近年来压电喷墨印刷技术的研究现状,利用有限元数值模拟软件Comsol Multiphysics建立压电驱动器的数值模型,分析压电薄膜PZT、SiO2振动板和Parylene保护层这3个部分的结构尺寸对压电驱动器位移的影响规律,并且利用正交试验方法确定压电驱动器主要部件的最优尺寸.结果 压电驱动器的结构尺寸对其振幅有较大影响,不同的结构组合可以得到不同的压电驱动器位移.在压电薄膜与振动板宽度之比为0.7,振动板宽度为140μm,保护层厚度为0.7μm,振动板厚度为0.9μm,压电薄膜厚度为1μm时,驱动器位移达到最大.结论 通过对压电驱动器的结构尺寸进行优化,可使驱动器位移达到最大,从而使其驱动性能最优.     

基于新型压电陶瓷管状驱动器的变摩擦阻尼器动态力学性能

基于ANSYS有限元软件,结合压电材料的物理特性对新型压电陶瓷管状驱动器的驱动性能进行了仿真,获得了其最大位移、出力及响应频率特性参数,结果表明该驱动器适用于结构振动控制装置的研发;利用上述新型驱动器,提出了一种可实时调节摩擦力的智能阻尼器,并对其进行了相关动态力学性能分析,获得了其正弦简谐作用下的本构关系及相应循环一周所消耗能量的计算公式。     

利用压电自传感驱动器进行裂纹钢梁损伤识别的实验研究

压电陶瓷是一种智能材料，可以在结构健康监测系统中同时用作传感器和驱动器。基于压电阻抗的损伤识别技术的基本原理，对裂纹钢梁进行了损伤识别和定位的实验研究。将三片压电陶瓷（PZT）粘贴在钢梁表面的不同部位作为驱动器和传感器，通过测量梁损伤前后压电陶瓷片的电阻抗变化来识别梁中的裂纹损伤。从导纳（阻抗的倒数）幅值谱曲线中提取裂纹梁的反谐振频率，通过比较各压电片位置的反谐振频率变化识别了裂纹位置；同时比较不同损伤工况下的反谐振频率变化定性地识别裂纹梁结构的损伤程度。     

基于ANSYS的新型压电陶瓷管驱动器的性能分析与研究

基于ANSYS有限元分析软件,结合压电铁电物理知识,对压电陶瓷管驱动器的性能进行分析与研究。首先对某进口压电陶瓷管进行ANSYS建模仿真,然后将分析结果与其出厂性能进行复核,最后对该驱动器进行了静态分析、谐响应分析等研究,获得了较为全面的驱动特性。     

基于直线蠕动压电驱动器的小型电火花加工装置的研究

提出一种高度集成的小型电火花加工系统 ,核心采用压电陶瓷作为微动部件 ,实现电极的直接驱动。该样机的外形尺寸小 ,结构紧凑 ,响应快 ,在单片机伺服系统的控制下可实现亚微米的进给 ,成功地用于微细电火花加工中     

PZT系多层片式压电陶瓷微驱动器位移性能研究

采用陶瓷坯膜流延成型和陶瓷坯膜／金属内电极共烧技术,制作了多层片式高含铅PZT软性压电陶瓷微驱动器．该器件具有体积小、工作电压低、位移量大（38V,1.05μm）的特点．本文对制作的多层片式器件在直流和单向交流工作电压的作用下产生的静态和动态位移特性,从PZT压电陶瓷材料的晶体和电畴结构特点进行了分析和研究．     

基于Sugeno型模糊神经网络的空间杆系结构的压电驱动器主动控制

基于自主研发的压电主动杆件的振动控制特性,采用主动杆件两端节点的相对位移和相对速度作为输入以及控制电流作为输出,设计了空间杆系结构的Sugeno型模糊神经网络控制系统。首先通过LQR方法对结构进行控制产生训练数据样本,再利用神经网络的自适应学习功能进行模糊划分及产生模糊规则,最后利用模糊系统的推理能力对空间杆系结构模型进行基于地震响应的主动控制仿真,同时与基于经验的Mamdani型模糊推理规则进行仿真对比。仿真结果表明两种模糊推理模型对结构模型的控制都能达到良好效果,但是由于Sugeno型模糊推理的计算简单,其仿真速度比Mamdani型模糊推理快几十倍,而且省去了人为的经验总结过程,因而采用Sugeno型模糊神经网络控制器更能满足工程应用的要求。     

负电容分支电路压电分流阻尼特性研究

在半主动压电分流阻尼技术中,采用不同形式的负电容分支电路时,系统具有不同的阻尼特性.将负电容半主动分支网络分为串联电容电阻支路和并联电容电阻支路,采用统一的频域特性方程.比较分析表明:串联方式中低频阻尼性能较好,而并联方式适合于高频使用,串/并联方式的结合使用可获得较宽频带的阻尼性能.同时还获得了串并联结构的优化参数.     

PBLZT弛豫铁电陶瓷的动态及偏压介电和压电特性

测量了３ｍｏｌ％Ｂａ掺杂的ＰＬＺＴ１０／６５／３５弛豫铁电陶瓷的电滞回线、横向场诱应变、偏压下的介电常数和压电常数,并根据电滞回线和场诱应变曲线的斜率计算了动态介电常数和压电常数．实验表明,电场＜８ｋＶ／ｃｍ时,动态介电常数比偏压介电常数大很多,电场＞８ｋＶ／ｃｍ时,差值随电场增大而减小;电场在３～１５ｋＶ／ｃｍ之间时,动态压电常数比偏压压电常数大很多,电场＜３ｋＶ／ｃｍ及＞１５ｋＶ／ｃｍ时,动态压电常数和偏压压电常数相差不大．     

基于系统相似方法的叠堆型压电驱动器非线性动力学建模及实验研究

根据机械系统与电气系统的相似方法,将叠堆型压电驱动器的非线性电-机械耦合模型完全转换到电气域内,建立了其非线性相似电路模型;给出了非线性相似电路模型中迟滞因子的辨识方法,并对某款商用叠堆型压电驱动器进行了迟滞因子的辨识试验;基于非线性相似电路模型和迟滞因子的辨识结果,对该款叠堆型压电驱动器的非线性特性进行了仿真分析,得到了其非线性位移迟滞回线;仿真结果与试验结果吻合,证明了该建模过程与辨识方法的正确性。该建模方法在电气域内对叠堆型压电驱动器电-机械耦合特性及非线性迟滞特性进行描述,建模过程物理意义清晰且简单实用,对于研究压电驱动器的动态特性及控制算法具有实际意义。     

基于力电耦合模拟的压电悬臂板波激振动获能研究

采用数值模拟的方法,研究了压电悬臂板在线性深水波激发下的振动获能机理。首先运用数值波浪水槽计算出了三维压电悬臂板所受的波浪时程荷载,然后采用力电耦合模拟的方法,研究了板的振动规律和不同粘贴位置压电材料的输出电压,该力电耦合模拟方法考虑了压电材料的贴合和压电材料的压电效应对压电悬臂板振动的影响。通过对不同物理参数下压电悬臂板振动获能机制的计算分析,得出了对板振动和获能的关键影响因素以及提高获能效率的通用方法,揭示了波浪运动与振动获能的关系。     

压电微能量采集器PZT厚膜制备及其图形化研究

采用环氧树脂作为中间层的真空键合技术实现体材PZT与硅片键合,再利用机械化学抛光方法将PZT减薄到适当的厚度制备了PZT铁电厚膜,构成了SiO2/Si/SiO2/Epoxy/Ag/PZT/Cr/Cu形式的压电能量采集器悬臂梁结构。基于半导体光刻技术,通过湿法化学刻蚀和切片两种方法实现了PZT厚膜图形化问题,为基于体材PZT厚膜的高性能压电能量采集器的研制打下了良好的基础。     

压电陶瓷驱动三自由度精密定位系统的弹性动力学与输入调理特性研究

对压电陶瓷驱动三自由度精密定位系统的动力学性能进行了研究。首先建立了系统的弹性动力学模型，采用变截面框架单元描述柔性铰链，给出了其单元刚度矩阵和质量矩阵。通过实验获得了系统的低阶模态参数，并和分析结果进行了比较，验证了所建动力学分析模型的正确性。提出了基于动力学特性分析的驱动输入调理概念。分别采用正弦曲线和五次多项式作为调理函数对系统驱动的动态性能进行了研究。研究结果表明：对驱动输入进行必要的调理是十分必要的，所采用的两种调理方法均有效改善了系统的驱动特性，但由于采用五次多项式作为调理函数完全避免了驱动开始和结束时的加速度冲击，因而可获得更好的驱动效果。     

基于含金属芯压电纤维与Lamb波的结构损伤定位研究

摘要：含金属芯压电纤维（Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF）是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究。研究结果表明：MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高。     

介电型电活性聚合物圆柱形驱动器侧向特性的研究

电活性聚合物（EAP）在实际生活中有着广泛的应用,介电型EAP圆柱形驱动器作为其典型应用之一,其输出的侧向偏转力和侧向弯曲角度受到介电型EAP膜拉伸面积比例、介电型EAP膜卷绕层数和柔性电极涂抹面积比例的影响,需要深入研究来确定其作用规律。针对这些影响因素对介电型EAP圆柱形驱动器输出的侧向性能的影响,设计制作了试验测试装置,通过控制变量试验测得了大量试验数据;分析处理试验数据,初步得出了影响因素的作用规律。结果表明：介电型EAP圆柱形驱动器输出的侧向偏转力和侧向弯曲角度都会受到介电型EAP膜拉伸面积比例、介电型EAP膜卷绕层数和柔性电极涂抹面积比例的影响,这些因素对其输出的侧向性能产生不同的作用结果。     

基于含金属芯压电纤维与Lamb波的一维结构损伤定位研究

含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件.介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型.利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究.研究结果表明:MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高.