直升机桨叶阵列式压电模态传感器的故障诊断

提出了一种基于加权系数的直升机桨叶阵列式压电模态传感器的故障诊断方法。以直升机桨叶为例，以圆形锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷作为压电传感单元。将实验曲率模态作为加权系数设计阵列式压电模态传感器，对PZT在使用过程中易出现的破损和脱层故障进行了实验研究。实验结果表明，基于加权系数的阵列式压电模态传感器的故障诊断方法能对压电阵列中的损伤单元进行准确地定位，且其诊断结果具有很高的置信度；所提出的损伤因子可在一定损伤范围内作为损伤程度的指示参数。     

矩形压电片对Lamb波传感的方向性研究

矩形压电片被广泛用作超声Lamb波的传感器与驱动器。理论推导了矩形压电片对Lamb波（A₀模式）的传感灵敏度系数的函数表达式,同时对推导结果进行了实验验证。研究结果表明矩形压电片对Lamb波的传感具有很强的方向性。当Lamb波传播方向沿着矩形压电片长度方向时,矩形压电片传感响应电压最大。随着Lamb波入射角度的增大,响应电压幅值越来越小,当入射方向与矩形压电片长度方向垂直时,响应幅值达到最小。     

PT种子层对微力传感器性能的影响

为了提高微牛顿量级微力传感器的灵敏度,比较了有PT种子层和无PT种子层的PZT压电薄膜对微力传感器性能的影响。运用Sol-Gel(溶胶-凝胶)法制作了PZT和PT/PZT/PT薄膜,采用X射线衍射技术表征了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的成相特征,用半导体参数测试仪测试了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的漏电流。结果表明,在同为600℃退火温度下,两种薄膜均具有钙钛矿结构,而且PT/PZT/PT薄膜沿(100)晶向强烈取向。当外加电压增加时,PZT薄膜的漏电流基本保持不变;PT/PZT/PT薄膜的漏电流变化在1nA左右。最后应用MEMS工艺分别制作了基于PZT,PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器,并在静态和准静态下对微力传感器的传感特性进行了测试。测试结果表明,添加PT种子层对微悬臂梁的弹性系数基本没有影响,但微悬臂梁的灵敏度显著增加。     

采用同轴反相激励非晶合金/压电复合磁电双单元非线性磁电效应的磁传感器

具有高磁导率的非晶合金在低于10Oe磁场激励下就发生饱和磁化,从而非晶合金/压电复合材料在较高幅度、频率为f₀f₀的交变磁场激励下产生非线性磁电效应,通过解调奇次谐波(f₀,3f₀,…)输出,可实现静态/准静态弱磁场测量,且无需另外施加偏置磁场。利用两个同轴配置的FeNiMoSiB/PZT/FeNiMoSiB复合结构单元,设计180°反相磁场激励,并且采用压电双晶片的电连接方式配置两磁电单元压电层输出,从而实现传感器灵敏度倍增和共模噪声抑制。磁电电压信号经差分放大和锁相解调后,得到传感输出信号。测试结果表明：在±100μT线性区范围内,传感器的灵敏度达到2.77×10⁴μV/μT;对频率为1 Hz磁场的最低探测极限为10 nT。     

光纤Bragg光栅电压传感特性

应用逆压电效应 ,在低频或直流条件下 ,分析了光纤光栅与压电材料相结合的电压探头的传感性能 ,导出了Bragg反射波长位移量 ΔλB 随检测电压U之间的变化关系式 ;给出了PZT - 5H和SbSI两种压电材料与光纤光栅构成传感头的U、ΔλB、λB、ΔL/L四个参量之间的相互关系计算曲线 ,并进行了相关讨论     

基于纳米晶PZT／石英的压电生物质量传感器研究

制作了一种新型的基于纳米晶PZT／石英的压电生物质量传感器。采用了溶胶-凝胶法在石英晶体表面制备了纳米晶PZT薄膜,形成PZrr／石英结构的敏感单元。研究了纳米晶PZT在石英基体上的微观结构、表面形貌;探讨了纳米晶PZT／石英作为敏感单元在细胞检测中的作用。实验结果表明：PZT薄膜的晶粒大小为20-30nm,沿〈101）晶向择优生长,并且,薄膜表面平整,结构致密。纳米晶PZT／石英结构的敏感单元使生物细胞传感器的灵敏度得到了提高。     

基于铌酸锂晶体自身角度光偏置的光学电压传感器

提出了一种利用单轴电光晶体自身角度光偏置的新型光学电压传感器,其光学传感单元由夹在两个正交偏振器之间的一个单轴电光晶体组成.与以往利用四分之一波片产生光偏置不同,新型电压传感器利用单轴传感晶体的自然双折射和近轴光束,将传感晶体沿电光双折射主轴方向转动一个小的角度,产生π/2的角度光偏置.因此,可在不需要附加四分之一波片的条件下实现电压的线性传感.利用单块铌酸锂晶体作为传感元件,对0.2 ～ 35 V交流电压进行测量的非线性误差低于1.8%.此外,计算表明基于铌酸锂晶体的π/2角度光偏置的温度漂移率低于普通多级石英波片.新型传感器简化了光学电压传感器结构,降低了成本,并避免了以往传感器中附加四分之一波片对传感器性能的不利影响.     

智能太阳翼有限元建模与振动控制研究

采用空间梁单元和矩形层板单元建立了表面粘贴压电片太阳翼的机电耦合有限元模型．其中,太阳翼与星体之间的连接架、太阳翼基板间连接铰链按空间梁单元处理;不含压电片的太阳翼基板按普通层板单元处理,而含有压电片的基板按压电层板单元处理．推导了多点约束关系式处理空间梁单元和板单元公共节点自由度不协调的问题．利用速度负反馈和线性二次最优调节器设计控制系统,编制有限元分析程序,进行了动力学特性计算和振动控制数值仿真．结果表明,压电传感／作动器的引入对太阳翼振动频率具有重要影响;利用压电传感／作动器和最优控制系统能够有效抑制太阳翼的振动．     

OPCM 动态传感性能有限元分析与实验研究􀀂

通过建立被测构件与压电正交异性复合材料(OPCM)传感元件的三维有限元模型研究OPCM的动态传感特性.采用对被测构件施加冲击载荷的方法获得传感元件输出的瞬态响应时域信号,进行傅立叶变换分析,计算和实验结果都表明OPCM传感元件对同平面内相互正交的应力波具有不同的频响特性,且两者之间有较好的吻合性.     

MEMS压电-磁电复合式振动驱动微能源的设计

在单一效应的MEMS振动驱动微能源的基础上,提出了一种MEMS压电-磁电复合振动驱动微能源器件。该微能源由八悬臂梁-中心质量块结构和永磁铁两部分组成,环境振动使中心质量块振动,PZT压电敏感单元由于压电效应产生电势差;同时中心质量块上集成的高密度线圈切割磁感线产生感应电动势,将压电转换与磁电转换相结合把振动能转换为电能。建立了该结构的数学模型并用有限分析软件Ansys12.0对该器件进行力学特性分析,最后对加工出的微能源进行性能测试。测试结果表明,该微能源谐振频率为8 Hz,易与环境发生共振;在共振条件下,施加1 gn 的加速度,器件压电发电开路输出电压峰峰值达154 mV,磁电发电开路输出电压峰-峰值达8 mV,有望为无线传感网络节点提供稳定的能源。     

基于压电能量收集技术的无线传感器节点设计

针对传统无线传感器模块在复杂环境中电池适应性差、维护困难的弊端,设计了基于压电能量收集自供电技术,并具有超低功耗特性的无线传感器网络节点模块;方案采用PZT陶瓷实现压电换能,围绕LTC3588-1进行电源管理,提出了以CC430作为控制核心的应用端低能耗工作模式算法,实现完整的系统构建;实验表明,压电能量收集器可以支持具备低功耗特性的无线传感器模块正常工作。     

PZT压电薄膜在微传感器中的应用

锆钛酸铅压电材料(PZT)因具有优良的压电性能、热释电性能、铁电性能和介电性能而被广泛地应用在微电子机械系统(MEMS)中。基于微传感器,介绍了PZT薄膜,重点介绍了PZT薄膜在微传感器中的应用,并介绍了PZT薄膜微传感器的发展状况。     

基于无线传感器网络的管道检测精确定位

为了对大范围的工业管道检测装置进行精确定位,采用无线传感器网络,在工业管道外布置磁传感器模块来测量管道检测装置的磁信号.每个磁传感器模块由磁传感单元、处理单元、收发单元、电源单元等功能模块组成.磁传感器模块的测量数据由无线传感器网络传送到处理中心.处理中心依据无线传感器网络发回的磁信号数据,由磁定位算法计算得到管道检测装置所处的精确位置,从而实现管道检测位置的精确定位.     

MSP430的便携式压力传感器标定系统设计

为了实现压力传感器压力值标定,以HB2119-S系列高量程压力传感器为标准,对被测压力传感器进行标定.本文设计了一种便携式压力传感器标定系统,主要包括:压力传感器测量桥电路、压力传感器驱动电路、信号采集放大模块、MSP控制模块、LCD显示模块、SD模块和按键模块等.最后,对标准压力传感器和被测压力传感器进行实验测试,对标定数据进行线性回归分析,得出被测传感器的输出特性参数.     

直流偏置对PZT微传感器的谐振频率的影响

在直流偏置电压对PZT压电微悬臂梁谐振频率的影响研究中,建立了理论方程,并通过激光干涉测试实验对所建方程进行了验证。理论方程和实验均表明:直流偏置电压对PZT微悬臂梁的谐振基频的影响是二阶函数。在直流偏置电场小于1×107 V/m时,直流偏置电压和谐振基频存在线性变化区。此结论可以用于改善谐振式PZT微悬臂梁传感器的信号检测系统,即利用扫描直流偏置电压取代频谱分析。     

基于全光纤马赫2曾德尔干涉仪的电压传感研究

利用压电陶瓷（PZT）的电致伸缩效应,我们报道了一种全光纤马赫－曾德尔干涉仪（MZI）电压传感器,对直流电压传感特性进行了实验研究,采用波长定标法,在消除环境干扰的情况下,当直流电压在－58－58V范围内变化时,波长改变了3.86nm,调谐灵敏度为0.033nm/V,线性拟合度为0.9985。     

微压电复合材料超声波探测器的制备及应用

基于微细加工工艺,设计并制备了一种指向性良好的压电复合材料的超声波探测器。该探测器由压电振子、阻尼器、中继板和特高频（UHF）连接器构成。压电振子由4×4个（80μm×80μm×130μm）（长×宽×高）的锆钛酸铅（PZT）压电柱状阵列及阵列缝隙填充环氧树脂而构成。当压电振子施加高频交流电压时,柱状PZT阵列产生纵向伸缩运动,从而产生超声波并向介质辐射。作为填充材料的环氧树脂,能够吸收掉因柱状PZT阵列其他方向振动而引起的噪声,使探测器在纵向上能产生指向性良好的超声波,从而提高了该探测器的灵敏度。测试结果表明,该微压电探测器指向性好,灵敏度高,精度高和抗干扰性好,可应用在泥沙的含水量测量中。     

多压电输入无相位滞后的同步电荷提取电路研究

当前,大多数压电能量采集电路是针对于单压电元件(PZT)输入的.实际应用中,为获得更多能量,压电俘能器(PEH)往往配备有多压电片输出,如何对多输入PEH的电荷进行高效提取已经成为研究热点.本文提出了一种无相位滞后的高效多输入同步电荷提取电路MI-SECE(Multi-Input Synchronous Electric Charge Extraction circuit),主要由整流桥、峰值检测电路、电压过零检测电路、传输控制电路和Buck-Boost电路组成.通过有源峰值检测电路和电压过零检测电路,MI-SECE可准确捕捉压电元件电压达到峰值的时间,并减小其与开关动作时间的相位差,从而提高能量提取效率.实验验证表明:MI-SECE电路能够显著提高能量采集效率,能量采集效率高达90.01％,并且可以同时从多个PZT中提取能量.     

基于压电陶瓷的柔性机器人主动抑振控制策略研究

柔性机器人因其轻质、高效、低能耗等优点已被广泛应用于航空航天,工业制造等诸多领域。然而,柔性机构易产生弯曲变形,引起系统振动而大大降低机器人的工作精度。为提高柔性机器人的工作性能,多种抑振策略得以研究与应用。提出了基于压电陶瓷（PZT）的柔性机器人振动主动抑制策略。其中,PZT传感器和PZT制动器分别被用来检测和抑制柔性臂的振动。本文构建了基于PZT材料的单自由度柔性机械臂的理论模型,并获得了传感电压与制动电压的传递函数。设计了一个可变控制方案的抑振器以抑制系统在不同频率下的振动。在COMSOL中进行仿真,获得了系统的抑振率。根据仿真结果显示,柔性臂在前三阶振动下,臂的末端位移分别得到了57.04%,57.76%与58.96%的抑制;系统的动能得到了57.95%,71.19%与87.81%的抑制。     

基于水泥基压电传感器的车辆监测研究

车辆监测在公路管理养护系统中有着重要的作用。开发了一种基于新型水泥基压电传感器车辆监测方法,并通过现场试验对其可行性及有效性进行验证。首先介绍该传感器的制作及其基本性能,之后将两个水泥基压电传感器埋置于一段混凝土梁中,以该梁作为埋入路面以下的传感单元。在车辆监测的现场试验中,将四根测试好的混凝土梁埋入一条车道的两道沟槽内,每道槽内放入两根并通过已知重量的卡车进行传感器的现场标定。车辆通过时以测试信号中的峰值组个数计算车辆数,以传感器的响应之和计算车重并以两道沟槽内传感器响应的时间差及距离计算车速。最后,通过与视频监测结果的对照发现,该水泥基压电传感器能够准确的测得车流量、车辆速度而且能够进行动态称重及车辆分类。由此可见,使用水泥基压电传感器进行车辆监测是可行、有效的。