大位移压电陶瓷驱动器的设计与试验

针对大位移压电陶瓷驱动器,研究了压电陶瓷双晶片的驱动效能。基于压电陶瓷材料的逆压电效应,应用压电陶瓷双晶片在机械自由、电学短路状态下,一片加正向电压缩短另一片加反向电压伸长共同作用产生弯曲变形,通过组合设计将压电陶瓷双晶片的弯曲变形位移叠加起来,实现了压电陶瓷驱动器的大位移输出。在相同电压的条件下,此压电陶瓷驱动器的输出位移量比叠层驱动器有较大的增加,达200μm,结构尺寸也大大减小。该驱动器不需要位移放大机构,可直接应用于有大位移要求的机构驱动。     

MEMS变形镜用PZT厚膜致动器阵列的制备及性能表征

提出了一种基于锆钛酸铅(PZT)压电厚膜致动器阵列驱动的MEMS微变形镜,建立了该微变形镜的结构模型,分析了其结构中各层厚度对其性能的影响.PZT压电厚膜是通过基于PZT压电陶瓷体材料的湿法刻蚀技术制备的,刻蚀液为1BHF2HCl4NH4 Cl4H2O.以数字锁相方法测试了压电厚膜的介电性能,在100 kHz以下时,其介电常数和介质损耗分别优于2400和3%.利用悬臂梁方法测试了压电厚膜的也.横向压电系数,约为-250 pm/V.制备了4×4阵列的压电致动器阵列.采用激光多普勒测试压电致动器的电压位移曲线,在100 V的电压驱动下致动器的变形量大约为2.2/μm;测试了致动器的频率响应,其谐振频率高于100 kHz;致动器刚度大,带负载能力强.     

空间引力波望远镜超前瞄准机构致动器电荷驱动位移行为研究

超前瞄准机构(PAAM)是空间引力波探测望远镜的关键部件,其主要通过给压电致动器输入电压或电荷精确控制位移量,实现对望远镜高精度角度控制。因此,压电陶瓷致动器位移响应直接影响超前瞄准机构指向控制性能。本文提出等效电容量计算方法定量分析压电致动器在电荷驱动下的位移响应特性,并通过数值模拟仿真和实验验证等方式验证了计算方法的准确性和可行性。结果表明：在使用幅值5 V、频率0.05 Hz～5 Hz的正弦波信号控制的电荷放大器驱动某型号压电致动器时,采用本文方法分析结果与实验结果相比,二者位移响应最大偏差小于1.35%,为空间引力波探测望远镜超前瞄准机构的高精度指向控制提供了可能的分析方法和实现途径。     

用于MEMS变形镜的双电极压电厚膜致动器

提出了一种用于MEMS变形镜的双电极驱动的压电陶瓷（PZT）厚膜致动器．采用有限元方法分析致动器变形时的应力分布情况,优化了内外圈电极尺寸,制作了61单元六边形分布的致动器阵列．测试结果表明,致动器在100V工作电压下的;中程约为6．6μm,谐振频率为58kHz,位移迟滞为8％～9％,通过采用单边电压一位移曲线的策略有效降低了位移迟滞,并进一步提出了分时驱动的电路方案．     

压电陶瓷致动器的动态控制模型及逻辑规则控制

提出了一种新的压电陶瓷致动器的动态控制模型．该控制模型建立在泛布尔代数理论基础上；它依赖于压电陶瓷的控制经验．通过一系列控制规则，采用泛布尔代数的符号进行控制模型的表述．在所建模型基础上，结合PID控制器对压电陶瓷进行了Rule＋PI控制的离线仿真研究；仿真结果表明，该控制模型结构简单，控制方便，易于实现．     

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。     

压电陶瓷微位移器特性测试实验研究

运用光学干涉原理,结合微系统测试分析仪器,分别对压电陶瓷管和压电陶瓷位移器的非线性特性进行测试研究,主要对升压及降压时PZT位移进行测试和电源驱动器闭环状态下的性能测试。     

电磁辅助压电致动器设计开发与性能测试研究

传统的压电致动器,受限于压电致动的小行程,通常只能测量较小的范围。研发了一种电磁辅助压电致动器,同时具备电磁式致动器长行程与压电式致动器高分辨率的特点,该致动器包含可动件、导引槽、挠性件、电磁铁、压电元件以及控制电路。首先调整挠性可调预压装置并设定电磁铁电流,使得电磁致动力处于最大静摩擦力与动摩擦力之间;再利用压电组件所产生的微震动,控制可动件与导引槽之间的接触情况在静摩擦与动摩擦之间切换,从而完成长行程(10mm)且高分辨率(1.5μm)的往复运动。实验结果表明该致动器具备出色的定位能力。     

尺蠖型压电直线驱动器的运动稳定性分析

为了深入研究尺蠖型压电驱动器的性能，分析了尺蠖型压电直线驱动器的工作原理，研究了直线动子对驱动器性能的影响．通过实验方法分析了钳位机构调整前后对钳住稳定性的影响．采用驱动器输出单步位移的步距失稳系数和驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率的方法评价尺蠖型压电直线驱动器的运动稳定性．经实验测试发现驱动器的步距失稳系数与驱动电压关系密切，当驱动电压较高时，驱动器具有较好的步距稳定性．驱动器的驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率分别为1．8％和9．07％，说明所开发的驱动器具有很好的运动稳定性．     

高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统设计

设计了一套具有高线性度的二维无耦合纳米压电位移系统。提出了一种多个压电陶瓷同步线性操作的电荷控制方案,设计采用基于非线性反馈控制和相似控制相结合的具有接地配置功能的压电控制器。控制器中引入了T型电阻网络,使电容较小的压电致动器能够进行低频线性操作。并对压电陶瓷驱动的位移平台进行了机械结构设计,平台采用嵌套式串联结构来避免耦合位移。通过解析法和ANSYS Workbench有限元仿真两方面对位移平台进行了刚度及位移分析。搭建了一套干涉位移测量系统,对压电位移台的位移、耦合误差及线性度进行了验证测试。实验结果表明:系统满行程内二维位移台的耦合误差最大仅为0.098%,可以将迟滞不对称引起的剩余轨迹偏差减小到0.79%,两个压电陶瓷间的最大轨迹偏差仅为行程范围的0.23%,理论分析和实验验证了所设计多压电电荷控制器的可行性,且系统可有效抑制耦合位移并使定位精度得到明显提高。     

Electromechanical analysis of piezoelectric bimorph actuator in static state considering the nonlinearity at high electric field

This article contains electromechanical analysis of a piezoelectric bimorph actuator at high electric field by incorporating second-order constitutive equations of piezoelectric material. Tip deflection, block force, block moment, block load, output strain energy, output energy density, input electrical energy, and energy efficiency are analytically derived for the actuator at high electric field. The analysis shows that output energy and energy density increase more rapidly at high electric field, compared to the prediction by the linear model. The analysis shows energy efficiency depends on electric field. Some analytical results are validated with the published experimental results.     

逆压电效应的压电常数和压电陶瓷微位移驱动器

本文介绍了由过压电效应的应变-电场曲线测得弱场和强场下的压电常数d₃₃、d₃₁．测量发现S～E曲线上呈现应变和压电系数突增的阈值场强E_b,用铁电陶瓷固有的90°畴转向对应变的贡献进行了分析和讨论．该方法与以往常用的正压电效应的压电常数测试相比,方便、简单,尤其对过压电效应的压电微位移驱动器应用更具有实际意义．     

(Na,K)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的结构与性能研究

研究了K0.5Bi0.5TiO3(KBT)含量对Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3(BNKT)无铅压电陶瓷的显微组织结构及压电性能的影响规律,结果表明随KBT含量增加,BNKT无铅压电陶瓷的晶胞参数增大,密度减小,晶粒尺寸减小,居里温度从326℃升高到360℃,压电常数、介电常数和介电损耗增加,机械品质因数下降;KBT含量为0.15mol的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷位于准同型相界处,具有较佳的压电性能.     

高控位精度横向模压电微位移器的研究

介绍了d31横向伸缩模式压电徽位移驱动器的制作过程,应用高稳定的填满钨青铜型压电陶瓷作为该器件制备的基料,利用P-F干涉仪原理测量了电场-位移特性曲线,由此计算了压电常数d31并进行了讨论。该器件具有电控应变(位移)线性度高、滞后量小以及结构简单、制作工艺方便等特点,它在精密光学等技术领域有一定应用价值。     

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.     

压电式纳米发电机及其混合器件的研究进展

随着化石能源的过度使用和开采,随之而来的能源和环境问题也日益尖锐,而人们对能源的需求不减反增,因此寻求一种新型的绿色可持续能源是非常必要的。环境中的能量十分丰富,因此从环境中收集能量进行转化是十分有前景的方法。压电材料在受到外界作用发生机械变形时,能实现机械能向电能的转化,因此,压电式纳米发电机作为一种潜在的可持续、绿色能源,近年来受到广泛关注。从压电材料的分类入手,结合其制备方法、结构和性能等,对近年来一些研究成果进行了概述,详细评价了不同制备方法、结构对压电式纳米发电机压电性能的影响,并对今后发展进行了展望。     

国内压电陶瓷声马达的研究现状

综述了国内部分压电陶瓷声马达的研究发展情况,指出其产品开发所面临的困难,并提出今后需要进步解决的一些关键问题。     

五腔串联压电泵的设计制作与试验

为提高压电泵的输出能力,提出一种多腔串联压电泵,并从理论和试验两方面进行了研究.理论分析表明,在其他条件确定时,多腔串联压电泵的输出压力与泵腔数量n成正比,输出流量与姨%n成正比.设计制作了金属阀五腔串联压电泵,并以水为工作介质测试了工作腔数量不同时的输出特性.结果表明,压电泵工作腔数量不同时,存在不同的最佳工作频率使其输出压力或流量最大,且压力最佳频率及流量最佳频率均随工作泵腔数量的增加而增加,但增加幅度不同;在最佳频率时,五腔串联泵输出压力及流量均与工作腔数量成正比.在电压为150 V、工作频率为最佳频率时,5腔工作时的最大压力和流量分别为100 kPa和246.54 mL/min,分别为单腔工作时的6.7倍和4.2倍.     

利用厚度剪切压电效应的2—2型压电复合材料的性能研究

制备了利用厚度剪切压电效应的２２型压电复合材料，测试了在电场作用下压电复合材料的变形特性，初步研究了不同参数对压电复合材料变形性能的影响。结果表明：（１）由于柔性聚合物的加入，压电复合材料的变形性能得到了大幅度的提高；（２）随着ＰＺＴ体积份数的增大，压电复合材料的变形量增大，直至达到最大，随后则随着ＰＺＴ体积份数的增大而下降；（３）ＰＺＴ单元的尺寸越小，压电复合材料的变形量越大。     

塑料对0－3型锆钛酸铅压电复合材料性能的影响

研究了不同塑料尼龙１０１０和Ｅ－２０环氧树脂与锆钛酸铅（ＰＺＴ）复合而成的压电复合材料的压电性能，结果表明，尼龙１０１０－ＰＺＴ压电复合材料比Ｅ－２０环氧树脂－ＰＺＴ具有较低的饱和极化电场和较短的饱和极化时间，而且前者比后者具有更高的压电常数。