复合型超声波电机的振动分析

介绍了一种复合型超声波电机的振动设计理论，这是超声波电机设计理论中的一个重要部分。分析其压电振子的特性，建立压电振子的振动力学模型和相应的等效电路，确定超声波电机振动模态的关键几何参数和物理参数，并给出了样机的研制结果。     

椭圆振动切削换能器的阻抗匹配研究

通过对换能器阻抗特性的分析,提出了一种适合超声波椭圆振动切削的压电换能器匹配方式.将换能器的工作频率选择在非谐振区内,使双激励压电换能器谐振频率不同的两组压电振子能在相同频率下协调工作.在选定的工作频率下,换能器两组压电振子间的交叉干扰很微弱,两个方向的振动可独立控制.超声波椭圆振动切削加工过程中,换能器两支路相位差变化小于0.5°,输出椭圆振动稳定.     

厚度伸缩压电陶瓷振子

对厚度伸缩压电陶瓷振子的振动状态进行了分析,并得到其等效电路.推导了振子的谐振频率、反谐振频率以及等效电路参数与振子尺寸、振子材料的介电、压电、弹性常数间的关系式.最后讨论了振子的一些特性和制作.     

交叉指型电极压电振子的谐振特性研究

根据压电振子的动力学方程,采用有限元软件ANSYS对交叉指型电极压电振子进行了谐响应分析,得到了压电振子的横向振动响应,获得了分支电极参数对交叉指型电极压电振子谐振频率的影响规律.利用阻抗分析仪对交叉指型电极压电振子的谐振频率进行了实验研究,并与仿真结果进行了对比,两者基本吻合,验证了数值模型的可靠性.此外,研究结果还表明,采用较小的电极周期,可以明显降低振子的谐振频率,从而在相同的激励下,获得较大的作动应变.     

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     

超声波电机的装配调试技术

超声波电机的装配调试是超声波电机研制的重要环节,主要难点是压电振子粘接、预紧力调试及机电匹配调试。本文自主摸索出一套适合超声波电机快速小批量生产的装配和调试技术。采用摩擦材料、定子弹性体、压电陶瓷、柔性印制电路板的一体化粘接,解决压电振子的粘接难题;采用粗调和微调相结合的方法,快速完成机电匹配调试,缩短生产周期。形成一套规范化的装配调试方法及流程,并应用于超声波电机的小批量生产和研制,研制出的超声波电机微型扁平,体积为14 mm×14 mm×4 mm,输出力矩达到2 mN.m,通过功率谱密度(PSD)为0.2 g2/Hz的随机振动和–40℃～60℃的高低温试验,并集成应用到系统中实现步进驱动功能。     

振动片型和表面波型超声波电机

利用超声波技术的超声波清洗装置、超声波加工机和超声波焊机等早已实用.在这些装置中使用的超声波振子,由于压电陶瓷和后来的铁氧体磁致伸缩材料的出现,已变得小型和高性能化.作者为了把这种磁致伸缩和电致伸缩振子发出的强有力的超声波振动能量用于驱动电机,从而制成一种与原来利用电磁感应的电机结构完全不同的电机而进行了     

触头作高频椭圆振动压电振子设计与检测

论述了棒板型弯纵压电片极化及粘贴方式和振子端部触头形成椭圆运动的原理,对纵弯振子进行结构设计并利用有限元软件Ansys仿真计算了振子各弯纵模态共振频率。通过振动原理,对弯纵振频率进行了简并计算,并采用小轴承法对振子进行纵、弯频率简并调试。得出此振子的弯纵谐振频率为16.3 kHz。     

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.     

基于有限元方法的超声波仿真研究

针对超声波传播的瞬态问题,提出了一种基于多物理场耦合仿真方法。分别对超声波在流体、各向同性材料、各向异性材料中传播的问题以及压电材料作为声源的问题进行了仿真,并与理论结果进行了对比,结果表明该方法能够较好的仿真超声波传播的问题;在各向异性材料中,不同传播方向的波速不同,某一传播方向纵波速度高,则该方向横波传播速度低,反之亦然;压电材料作为声源时,激励电信号频率与压电材料谐振频率相同或接近时,产生的超声波杂波较少,因此激励电信号频率的选择应该以压电材料的谐振频率为参考。     

L波段薄膜体声波谐振器纵波谐振频率计算

薄膜体声波谐振器(FBAR)电极层和压电层的厚度、材料是影响谐振频率的主要因素,确定各层的厚度和材料可得到期望的谐振频率。通过推导FBAR纵向运动应力方程,得到各层厚度、材料、频率参数与角频率相关的公式;采用MATLAB对FBAR各层应力和位移的边界、连续性条件方程组的行列式进行牛顿迭代,得到各层的频率参数。将确定的各层厚度、材料参数值及由牛顿迭代得到的频率参数值代入公式,可以得出谐振频率为1.453 8GHz。采用ADS对具有与公式计算相同厚度、材料的FBAR进行纵向振动Mason模型等效电路仿真,得到仿真模型的谐振频率为1.463GHz。仿真验证结果表明,谐振频率公式计算值和模型仿真值较近,可采用频率公式计算L波段FBAR纵波谐振频率。     

压电谐振器双闭环驱动电路研究

压电谐振器是谐振式传感器和执行器的核心部件,通常工作在共振和稳幅状态。采用一种锁相环(PLL)和自动增益(AGC)相结合的双闭环控制驱动电路,分别实现了谐振器共振频率的跟踪激励和压电振子输出信号的稳幅控制。优化设计了双闭环电路中各元器件参数,使得压电振子能稳定工作在谐振频率点。参照压电谐振器开环测试数据和闭环测试数据,双闭环驱动电路能将谐振器相位锁定在59°(误差3°),输出信号峰峰值稳定在12.8V(误差0.2V)。实验结果表明,该电路设计能够达到稳定谐振器输出信号幅值和跟踪谐振器共振频率的目的。     

扭纵超声马达振动系统共振频率简并的研究

扭纵复合朗之万振动系统广泛地应用于超声马达和超声焊接。但在同一振动系统中，由于纵波波速比扭转波速快得多，因此纵振共振频率远高于扭振共振频率。为了使两种共振频率简并，本文作者研究了扭纵驻波超声马达振动系统中共振频率简并的一种方法，即通过细颈将一匹配质量联结到朗之万式扭纵振动换能器的端部，分别用一维网络传输矩阵法和有限元法进行了计算，并且进行了实验测量。用此方法研制的３个扭纵驻波超声马达样机，取得了满     

压电单晶扬声器低频性能的优化及实验研究

压电扬声器因其压电谐振式工作原理而成为顺应电子设备小型化趋势的研究热点,但是由于低频性能不突出而限制了其应用.该文为了降低压电扬声器谐振频率,在分析压电扬声器低频振动原理的基础上,提出了基于弯曲振动模态的压电单晶切型计算模型,并通过计算确定了其优化切型;利用有限元分析法验证了切型对扬声器谐振频率的影响;制作了扬声器原型...     

电极激励超声谐振谱压电材料定征技术

超声谐振谱(RUS)是一种压电材料单样品定征技术,避免了多样品造成的结果不自洽问题.现有的谐振谱激励方法常使用超声换能器定点激励-拾取,需要有复杂的测试装置.该文提出了一种电极激励-拾取法来获取压电谐振器的超声谐振谱,该方法测试装置简单,同时还可获得模态振型的对称特性,避免了反演过程中峰丢失和错峰拟合.基于现场可编程门...     

AlN薄膜异质结构声波激发特性研究

该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明,Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激励声波的谐振频率、机电耦合系数和对应的频率温度系数(TCF),且对所激励声波的正反谐振点的TCF影响不同。此研究在传感及滤波器件领域极具应用潜力。     

压电谐振式微质量测量系统

基于压电晶体的正、逆压电效应,对压电谐振器的构成原理及压电晶片谐振频率的质量敏感原理(Sauerbrey方程)进行了分析。基于Sauerbrey测量原理,设计了压电谐振式微质量测量系统,对该系统的设计方案进行了分析。为减小温度等环境因素对压电晶体检测性能的影响,系统采用两个相同的石英晶体振荡电路构成双谐振式的压电晶体振荡器。采用模块化设计思想,对该测量系统各模块进行了设计与实现,并对系统性能进行了测试。结果表明,当测量端加载的质量越大,系统测量出的谐振差频值则越大,实验结果与理论分析结果吻合较好。相对于线性的理论结果,该实验结果的非线性误差为5.5%。该系统实现了压电谐振频率的变化与被测微质量之间的变换,能够实现对微质量进行测量。     

超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

基于压电谐振频率的PM2.5监测系统

基于压电谐振频率法采用模块化设计思想,设计了压电谐振式PM2.5监测系统,对系统的采样单元、谐振单元、频率测试与显示单元、控制单元等部件进行设计,并对系统进行集成与性能评价。为实现对PM2.5颗粒物的有效采样,并减小温度等环境因素对压电晶体检测性能的影响,系统采用惯性冲击式分粒原理结合静电沉降的采样方案,以2个相同的石英晶体振荡电路来构建双石英晶体谐振器,建立压电谐振频率与压电晶片质量间的关系,实现根据压电谐振频率的变化来确定PM2.5的质量浓度。系统测试结果表明,PM2.5测试数据与官方公布的数据相近,数据变化趋势一致。该PM2.5监测系统能反映被测区域PM2.5质量浓度的变化情况,满足PM25监测需求。