局部环形电极压电驱动器正交异性分析

该文提出了一种平面内具有正交异性的局部环形电极压电驱动器,研究了该压电驱动器的分支电极中心距、分支电极宽度和电极区域角对压电驱动器正交异性的影响。研究结果表明,局部环形电极压电驱动器的方向性强,在平面内有明显的正交异性。减小分支电极中心距、增大分支电极宽度及电极区域角,有利于提高该压电驱动器有电极区域的驱动性能。当电极中心距为0. 8 mm,电极度为0.4 mm,元件厚为0.5 mm,加载电压为200 V时,局部环形电极压电驱动器的径向夹持应力横向效应系数能达45.60,径向自由应变横向效应系数能达1.82。局部环形电极压电驱动器有电极区域的径向夹持应力可达2.46 kPa,径向自由应变可达6.3×10~(-5)。因此,局部环形电极压电驱动器在指定方向上可实现高的力学性能。     

大位移交叉环形电极压电驱动器结构优化

设计一种交叉环形电极与压电圆盘驱动器相结合的交叉环形电极（CREs）压电圆盘驱动器,利用分析软件ABAQUS进行静力学分析,着重研究CREs型压电圆盘驱动器电极结构几何尺寸以及驱动器厚度对驱动器径向驱动性能的影响。研究结果表明,减小电极中心距与驱动器厚度,有利于提高驱动器的驱动性能;加载相同电压,CREs型压电圆盘驱动器的径向夹持应力能达到普通型的2.1倍,径向自由应变能达到普通型的3.4倍。CREs型压电圆盘驱动器性能研究为CREs型压电圆盘驱动器的设计制造提供了一定的理论依据。     

螺旋电极压电扭转驱动器的设计与有限元分析

该文设计了一种新型叉指型电极（IDE）结构形式的螺旋电极压电扭转驱动器,推导并建立了螺旋电极平面有效电极区域内点的应变理论方程。利用ABAQUS对该理论方程进行验证,并着重研究了电压、径向尺寸、圆盘厚度对该压电驱动器应变的影响。结果表明,螺旋电极压电扭转驱动器能够产生较大的切向应变和径向应变输出;增大电压,减小压电圆盘径向尺寸和压电圆盘厚度,有利于提高驱动器的驱动性能;在螺旋角、压电圆盘径向尺寸和电压一定时,螺旋电极压电扭转驱动器的切向应变达到普通电极型的17.5倍,径向应变是普通电极型的16倍。     

叉指形电极压电驱动器性能分析

分析了叉指形电极压电驱动器的结构特点和电场结构。给出了压电驱动器的本构方程,建立了叉指形电极压电驱动器的有限元模型,研究了指形电极关键尺寸和压电片厚度尺寸对驱动器应力、应变的影响,对比分析了普通电极压电驱动器的应力和应变性能。研究结果表明:叉指形电极压电驱动器比普通电极压电驱动器驱动应力大,最大可以高达5倍;具有明显的正交异性,横向效应系数为–2.16;减小电极中心距和压电片厚度能提高驱动器性能。     

等间距螺旋电极压电驱动器制备与静态性能测试

基于阿基米德螺线方程提出一种等间距螺旋电极压电驱动器,该文分析了其电极结构与驱动原理,采用丝网印刷法对该驱动器螺旋电极进行了印制,并完成待测元件的制备。搭建了位移测试平台测试元件的静态性能,并对其静态的径向位移及平面扭转角进行了研究。试验结果表明,直径?25 mm、厚2 mm、电极宽0.6 mm、电极中心距1.2 mm的等间距螺旋电极压电驱动器在频率0.5 Hz、电压200 V的正弦激励信号作用下,径向峰值位移可达1.02μm,为传统电极压电元件的1.57倍,扭转角度可达0.12 mrad,与传统型压电驱动器相比,该元件具有较大的径向位移输出,且产生的扭转角度明显。     

局部环状电极压电驱动器制备与夹持力测试

采用丝网电极印刷法制备了局部环状电极压电驱动器,并对其动力进行了测试研究。搭建了夹持力测试平台,对局部环状电极压电驱动器和传统压电驱动器的径向夹持力进行测试和分析。实验结果表明,分别在频率为0.2 Hz和峰值200 V的方波和正弦波激励下,局部环状电极压电驱动器带电极区的径向夹持力峰值分别为0.60 N和0.58 N,两种夹持力峰值响应分别是传统元件的2.72倍和2.76倍。无电极区的反向夹持力峰值为0.29 N和0.28 N,其略大于传统元件的夹持力峰值,实验结果同时验证了局部环状电极压电驱动器的正交异性。     

叉指形电极管状压电元件电极制备与极化研究

该文制备了PZT-52压电陶瓷柱,采用丝网印刷法在压电陶瓷基体表面附着电极,研究了管状陶瓷表面电极的印刷工艺流程。利用油浴热极化法对元件进行极化实验,通过对元件自由位移的检测,研究了极化时间对压电驱动器位移的影响,分析了极化时间对电畴转向和银电极成型质量的影响原理。结果表明,随着极化时间的增加轴向驱动位移逐渐增强,在极化电压为500 V,极化温度为110℃,极化时间为60 min时,叉指形电极管状压电元件最大轴向位移为0.30μm。     

无铅压电叠层驱动器极化工艺及驱动性能研究

为提升Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(NBT-KBT)系无铅压电陶瓷压电性能,开发新型无铅压电叠层驱动器,该文采用单因素方差分析与正交试验设计方法优化研究了0.8NBT-0.2KBT压电陶瓷的极化工艺,最优极化工艺为极化电场6kV/mm,极化温度70℃,极化时间50 min,保压时间21 min,测得压电系数d33达到108pC/N;制备了无铅陶瓷叠层驱动器,并基于三角放大原理和柔性铰链结构设计一种新型外置放大机构,分别对有无外置放大机构的叠层驱动器微位移量进行对比测试,结果表明,与有外置放大机构的叠层驱动器相比,直接驱动的叠层驱动器位移量放大了3.7倍,在150V驱动电压下位移量达到25μm。这种无铅压电陶瓷驱动器具有大位移量、稳定性及低成本等特性,有望应用于微精密定位系统领域。     

一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器

提出并研究了一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器,与传统的点环形盘形压电陶瓷变压器相比,原来整个压电陶瓷圆盘由不同厚度的压电陶瓷内盘和外环所代替。论文应用压电方程并结合相关弹性理论对厚度极化的压电陶瓷圆盘和圆环的径向振动进行分析,并利用解析法获得了新型变压器径向振动的机电等效电路。在此基础上,得出了新型变压器的输入阻抗、共振频率、反共振频率、电压增益和功率效率的解析解;将计算所得共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果进行比较验证,模拟结果和理论计算值相吻合;且分析探讨了新型压电变压器的几何尺寸对最大电压增益和其对应的频率的影响。     

环形叉指电极型压电鼓膜驱动器的制备及其性能测试

制备了一种基于Pb(Zr52)O₃(P ZT52)材料的自适应光学用压电驱动器。驱动器采用鼓膜结构, 其工作区域由主动层—PZT52压电层和被动层—ZrO₂/Si复合层两部 分构成。PZT52压电层 采用环形叉值电极(IDT)驱动。采用Si(100)单晶作为衬底,并采用 溶胶-凝胶(Sol-gel) 法在其上制备ZrO₂阻挡层和PZT52压电层,其中引入PbTiO₃(PT) 种子层有利 于PZT52膜层的(110)择优取向。随后在其上热 蒸镀Al顶电极,并采用光刻方法制备图形,得到的IDT电极最大环形直径为 10.5mm,电极间距为0.05mm,中心非激活区 域直径为2mm。鼓膜结构则通过对Si衬底背部 进行各向异性湿法刻蚀(ODE)得到,保留的支持层厚度为5～10μm, 直径为 12mm。测试结果表明,压电驱动器阵列单元在100kV/cm驱动下,可产生6.5μm左右的形 变量。最后利用有限元分析方法(FEM)拟合了压电驱动器单元的面型,并分析了其形变模式 产生的内部原因。     

压电驱动器电压及其频率对驱动速度的影响

为探究压电陶瓷驱动器电压及其频率与驱动速度的关系,利用压电陶瓷的应力应变关系导出了位移的二阶微分方程。通过解该微分方程,得到了基于输入电压的压电陶瓷驱动器位移和速度的解析表示。利用压电陶瓷驱动器速度的解析表示,证明了对任何给定的时间,压电驱动器的速度与输入电压的幅值成线性关系;频率与驱动器速度的关系是一条幅值不断变化的连续余弦曲线,随着给定时间的增大,曲线的峰点逐步远离纵坐标轴,余弦曲线的频率也逐步增大。     

压电双晶片阵列式直线驱动器的设计与研究

基于压电双晶片提出一种新型准静态直线压电驱动器,可通过阵列的方式获得所需机械输出力,结构简单,性能稳定,可控性强。利用有限元软件对驱动器结构进行设计与分析,并加工制造了该驱动器的物理样机。最后通过实验发现,当驱动频率为500~2 100Hz时,驱动器可直接输出直线运动。当驱动频率为1 100Hz,驱动电压峰-峰值为200V,预紧力为1.5N时,该驱动器最大输出速度可达95mm/s,最大输出力为0.7N。     

静电驱动光开关的结构设计与驱动电压分析

对静电驱动光开关的驱动结构进行了研究分析,对比分析了采用平面下电极和倾斜下电极两种驱动结构光开关的驱动电压。采用倾斜下电极光开关的pull-in电压较低,在此基础之上,提出了一种双倾斜电极三明治驱动结构光开关。在微反射镜偏移相同距离时,该种驱动结构光开关的pull-in电压更低,从而能够更进一步地提高光开关的性能。     

基于压电致动的微流体主动控制阀的研究

介绍了一种采用圆盘形压电振子作为致动元件的微流体主动控制阀。通过圆盘形压电振子的变形改变其与圆环面边界间的过流间隙以实现微流体主动控制阀的开启、关闭及其程度,并建立了微流体主动控制阀的流量控制模型。在此基础上,对作用于圆盘形压电振子上的控制电压和进出口压差对微流体主动控制阀流量的控制特性进行了仿真与分析。研究结果表明,通过改变作用于压电振子上的控制电压可实现阀流量的连续控制,通过改变微流体主动控制阀的进出口压差也可在一定程度上控制阀流量。     

基于锆钛酸铅的低电压驱动MEMS电场传感器研究

该文提出一种基于锆钛酸铅(PZT)的低电压驱动微机电系统(MEMS)电场传感器。该传感器基于电荷感应原理,其敏感单元由固定电极和可动电极构成。固定电极与可动电极均为感应电极,同时两者又是屏蔽电极。在PZT压电材料的驱动下,可动电极产生垂直于敏感芯片基底的振动并且与固定电极形成交互屏蔽,当存在待测电场时,分别在可动电极和固定电极上产生相位差为180°的感应电流信号。该文进行了传感器的设计和有限元仿真,提出敏感微结构的加工工艺流程,突破了基于PZT压电材料的可动电极MEMS工艺兼容制备技术,完成了敏感芯片制备,对传感器进行了性能测试。该传感器具有工作电压低的突出优点。实验测试表明,在0～50 kV/m电场强度范围内,采用1 V交流驱动电压,电场传感器的灵敏度为0.292 mV/(kV/m),线性度为2.89%。     

一种微型机器鱼的压电驱动系统设计

压电陶瓷用作微型机器人的致动器具有静音、低功耗等优点,但在悬臂型应用中高位移所需的高驱动电压是其应用难点.该文针对一种双鳍式微型机器鱼的压电致动器,设计了可控制输出频率、幅值的高压正弦信号驱动系统.压电致动器的驱动模块采用PA443高压运放设计外围电路,运放电源基于集成开关芯片设计升压(BOOST)和降压-升压(BUC...