介电型电活性聚合物的发电特性研究

介电型电活性聚合物(Dielectric electroactive polymer,简称DEAP)作为一种新型智能材料,可与风力、水力结合作为一种新型的电能获取形式,将机械能转换为电能。分析DEAP发电机理、发电过程,比较恒电荷、恒电压、恒电场三种工作形式,确定选择恒电荷工作形式。讨论DEAP薄膜的发电机理和工作过程,分析了DEAP换能器的能量转换关系。基于建立的换能器模型,计算出一个工作循环换能器的发电量、输入的机械功和机电能量转换效率,同时确定初始电压、拉伸位移是影响发电量、能量转换效率的主要因素。并对此进行试验研究,试验结果验证了理论分析的准确性。     

电活性聚合物微型发电机

通过实验分析了电活性聚合物在静电场中将机械能转换为电能的内部机理,研究了电活性聚合物发电原理,定量分析了电活性聚合物产生的电能。运用非线性连续介质力学理论,分析了Yeoh模型、Mooney-Rivlin模型和Ogden模型的不同应变能函数,建立了电活性聚合物变形特性的数学模型。讨论了电活性聚合物在不同状态下的力学特性,构建了能量收集方程及运动学方程。最后,基于电活性聚合物发电原理,采用丹佛斯生产的电活性聚合物材料建立了风力发电机实验装置平台。实验结果表明:电活性聚合物在10%应变状态下,充电电压为1200V时,一次循环收集的电能为13.7mJ。这些实验为电活性聚合物致动器、传感器和微型发电机的研究奠定了理论基础。     

介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率

研究了介电型电活性聚合物(DEAP)驱动器的机电能量转换机理、能量损耗和驱动效率。建立了驱动器机电能量转换模型,并通过试验测算了驱动器等效电路的模型参数,分析了电极材料等因素对DEAP相对介电常数的影响。深入研究了驱动器漏电流损耗,试验验证了漏电流对驱动器性能的影响。最后,设计了驱动器驱动试验台,完成了不同行程的准静态驱动试验,数值计算了驱动器的驱动效率。结果表明:由于等效电路电容未参与能量转换,驱动器机电转换效率分别为17.6%和25.6%。低电压、小行程驱动时,试验误差与理论分析误差不超过15%;而高电压、大行程驱动时,DEAP膜的漏电流等非线性因素使其驱动效率变化明显。该结果可为DEAP圆柱形驱动器的优化设计及合理使用提供指导。     

磁脉冲振动清车装置的研究

大秦线煤炭运输因冬季寒冷及洗精煤含水等原因而经常发生冻车现象，造成港口翻车机卸车时，列车车厢内壁留下一层残余冻煤。本成果研制的磁脉冲振动清车系统是一种安装在翻车机上的破冻装置。它由大功率脉冲电源供给能量，通过换能器瞬时释放而将电磁能转换为机械能，从而...     

交变载荷作用下Cymbal换能器的压电性能

Cymbal换能器具有较高等效压电常数的特点,使其可能成为开辟新能源的一条有效途径。采用有限元方法对该换能器共振和非共振交变载荷作用下的电耦合场进行分析。计算结果表明,Cymbal换能器在共振交变载荷作用下所产生的开路电压很高,但由于此时所产生的应力较高,使得换能器工作失效;而在低频非共振交变载荷作用下该换能器能够正常工作,并产生与载荷同频率的具有一定幅值的交变电压。仿真结果表明,Cymbal换能器在非共振低频状态下,可以产生与载荷力同周期的具有一定大小的电压,可作为收集常见低频振动将机械能转化为电能的压电换能元件。     

汽车发动机缸内热力循环?的研究

汽车发动机缸内热力循环与热力学第二定律紧密相连,而能量的相互转换具有明显的方向性,如机械能可全部转化为热能,理论上转换效率近百分之百。这类可无限转换的能量称为?,机械能全部为?。因而,习惯上将"有用功"作为"可无限转换能量"的同义。但是,反方向的热能转换为机械能却不可能全部转换,转换能力受到热力学第二定律的制约。所以,从技术性和经济性角度,前者质量更高,更为宝贵。主要对照汽车发动机的几种循环情况的进行研究。     

磁致伸缩换能器辐射板位移放大机构设计

磁致伸缩换能器是一种将电磁能转换成机械能或声能的器件,具有分辨率和响应频率高、性能稳定、机械强度好等优点,在声学领域得到了广泛的应用。但由于其产生的位移小,不能很好地满足现代设备对换能器大功率、小体积、高声强声源的需求。针对这一问题,利用柔性铰链的无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高的特点,设计基于柔性铰链的磁致伸缩换能器辐射板位移放大机构,并运用有限元软件对微位移放大机构的整体放大倍数进行有限元分析。     

超声水表换能器时间与温度影响试验研究

对超声水表换能器开展了长时间稳定性试验和介质水温改变及高低温老化等试验。试验结果表明,只要换能器"机-电-声"转换与粘结材料选用合理,设计与工艺满足使用要求,可以保证超声水表换能器在额定温度(或在短时极限温度)条件下和规定使用期限内稳定工作。试验工作采用PZT-5压电陶瓷厚度振动模式,分别以工程塑料阻抗匹配材料(无背衬)和铜合金阻抗匹配材料(有背衬)构成的换能器为研究对象,得到的结论是选用工程塑料阻抗匹配材料的换能器综合性能比较稳定可靠。     

高参数大容量水泵在火力发电厂超超临界机组上的应用

一、前言 火力发电厂的工作原理是通过煤炭燃烧将煤炭化学能转换为介质（水）的热能,由介质（水）的热能转换为动能,通过汽轮机将动能转换为机械能,再由发电机将机械能转换为电能（图1）。     

体外心脏震波产生和触发系统的设计

本文主要研究体外震波治疗冠心病系统的震波源换能器及触发电路系统的结构与设计。震波源换能器主要由圆柱型电感线圈、金属膜及反射杯组成,实现冲击波的产生与聚焦。触发电路系统主要包括高压升压模块、升压控制模块、储能电容阵列、高压开关模块、充电计数模块和混合信号处理模块。经实验测量,触发系统可输出频率、幅值稳定的高压脉冲,安全可靠;高压脉冲接入震波换能器实现电能经电磁方式转换为机械能,发射低能量、窄脉宽、高压强的冲击波。     

外腔型YVO4拉曼激光器

采用提拉法生长了高光学质量的YVO4晶体,最大尺寸为28mm×40mm,重126g。以脉冲宽度为40皮秒的Nd:YAG锁模激光器作为激发源,研究了YVO4晶体在外置谐振腔条件下的拉曼输出特性：多波长输出的总转换效率达到51.4%,最大输出能量2.21mJ;1175nm一级斯托克斯拉曼输出的最高转换效率为32%,最大输出能量0.57mJ;1313nm二级斯托克斯拉曼输出的最高转换效率为12.3%,最大输出能量0.36mJ。     

准基模纯风冷激光二极管泵浦Nd∶YAG激光器

介绍一种纯风冷激光二极管泵浦的脉冲Nd∶YAG激光器,单脉冲能量250mJ,重复频率25Hz,脉冲宽度7ns,光光转换效率13.6%。激光器输出为准基模,垂直和水平方向的M2值测量结果分别为2.81和4.09。同样结构下将风冷系统换成风冷水冷结合方式,激光器脉冲能量345mJ,重复频率提高到50Hz,光光转换效率上升为15.2%。两种形式的激光器连续工作时间5min,并进行了高温+55℃和低温-25℃的环境试验。     

A table for experimental study of mechanoluminescent pulse pressure transducers

The procedure and results of experimental study of mechanoluminescent pressure transducers converting mechanical stress into an optical signal are described. A prototype of the mechanoluminescent pulse pressure transducer and a mechanical shock table for laboratory study of it are presented. The developed table allows one not only to fix and evaluate the output luminous flux of the transducer, but also to quantitatively determine the mechanical loading value. Comparison of recorded oscillograms of energy-emittance pulses of the transducer and results of numerical calculations demonstrates the adequacy of the used mathematical model of mechanoluminescent conversion.     

径扭复合模式盘形压电超声换能器

提出一种新型的斜缝式结构径扭复合模式振动盘形压电超声换能器,并对其径扭复合模式振动进行了理论和试验研究。通过对斜槽处应力的分解,引入两个机械转换系数,依据机电类比原理,建立起换能器的径扭复合模式振动耦合机电等效电路模型,从等效电路得到换能器的径扭复合振动频率方程,探讨狭缝的斜角对换能器共振频率的影响,数值计算表明换能器共振频率随斜角增大而降低。试验加工三个不同斜度狭缝的换能器,并对其共振频率进行了测试和有限元法模态仿真计算,结果表明,理论与仿真值及试验结果吻合较好。     

磁致伸缩导波传感器换能效率估计方法

偏置磁场与磁致伸缩纵向导波传感器换能效率密切相关,为了解决磁致伸缩纵向导波检测中缺少传感器换能效率估计手段的问题,提出了一种估计永磁式磁致伸缩纵向导波传感器换能效率的方法。首先,从磁致伸缩导波能量转换的角度出发,建立了截面区域偏置磁场强度与导波接收信号幅值间的关系;其次,根据磁致伸缩纵向导波偏置磁场的作用机理,针对管道内磁场不均匀现象,提出了磁致伸缩纵向导波传感器换能效率的评估方法;然后,通过有限元仿真及实验对通过管道表面空气中的磁场强度表征管道内偏置磁场的可行性进行了验证;最后,通过实验确定了方法的有效性。该方法通过测量管道外表面空气中周向多个位置的轴向磁场强度表征管道截面内偏置磁场强度,利用偏置磁场强度与导波通过信号幅值关系曲线得到不同区域单元振动对导波信号的能量贡献计算得到加权幅值,并以此幅值为依据估计传感器的换能效率。实现了对磁致伸缩导波传感器换能效率的估计,为仪器智能化研究提供了基础。     

Dynamic characterization for the dielectric electroactive polymer fundamental sheet

A study into the appropriateness of characterizing the dynamics of the dielectric electroactive polymer (DEAP) fundamental sheet has been performed. Whereby a model describing the dynamics of the DEAP fundamental sheet is developed, parameters of the models are determined using experimental/simulation results, and verification has been conducted to determine the precision of the dynamic model. The precision for the DEAP sheet-obtained dynamic model could not be verified unless some parameters characterizing the material properties are found. For this purpose, a set of preparatory experiments are done in order to find the material properties “Young’s modulus and damping”. The testing for finding the material properties is requested before doing the dynamic analysis; both material characterization and dynamic analysis tests are performed using the developed testing rig which will be described in the paper. The results of this study highlight the dependency of the material dynamics on the mechanical fixture of the material, whereby the range of operation can be reduced to lower frequencies or expanded to higher frequencies when the mechanical fixture is designed for a certain application. The test results for the material show a relatively visible error between 0 and 20 Hz, but the error diverges after this range was stimulated when exceeding the natural frequency of the system, leading to nonstable state affecting the controllability of the actuated material. The following error is established due to the static friction in the setup and mainly as expected before the ignorance of the polymer creep, as exhibited through the dynamic experimentation verified by an excellent correlation whenever viscoelastic property is considered.     

垂直腔面发射激光端面泵浦的高能量调Q Nd:YAG激光

采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比,垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点,更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时,产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出,光光转换效率达到22.5%,激光脉宽为8 ns,发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度,通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益,从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡,为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。     

交流变频调速技术在专用设备中的应用

从工艺过程自动化及节能效率等方面,例举了变频调速在专用设备的应用实例,说明其合理使用的范围,介绍了交流变频调速的特性、变频器容量的确定及其在专用设备中的合理应用。