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.     

压电换能器并联谐振频率跟踪系统设计

分析了压电换能器夹持电容在线测量原理,提出了一种新的并联谐振频率跟踪方法。讨论了不同状态下并联谐振频率的变化规律。采用嵌入式芯片PSoC5为主控制器,结合数字合成技术,使激励信号分辨率达到0.5Hz。驱动直流电源采用软开关技术实现电压可调功能。对换能器的电压和电流进行检测并在此基础上实现扫频跟踪策略及自动解锁控制。在不同工作状态下的实验结果验证了设计方案的合理性。     

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。     

压电驱动膜片式微型气泵

提出一种结构新颖的压电驱动膜片式微型气泵，对其输出流量、膜片的振幅等参数进行了理论分析，在此基础上设计、制作了微型气泵样机，并进行了测试实验。这种气泵在结构上充分利用了双压电梁端部位移大的优点，并利用两根双压电梁将膜片悬起，增加了容积变化率和输出流量，并具有结构简单，功耗低，厚度小，无电磁噪音，可靠性高等优点，在微型电子器件的冷却、微型燃料电池换气等方面显示出良好的应用前景。根据实验，微型气泵的一阶固有频率约为120Hz，在谐振状态下，当驱动电压为50V时，其输出流量为192mL／min，功耗小于23mW。     

基于频率搜索和跟踪的压电超声电源设计

针对洁牙机的超声电源在工作时难以快速搜索到压电陶瓷换能器谐振点,长时间工作引起大功率器件发热量过大致使系统产生谐振漂移、不能稳定工作的问题,提出了一种基于频率自动搜索与跟踪的超声洁牙机驱动电源设计。该设计通过STM32单片机控制输出步进PWM,基于最大反馈电流设计变步长法快速搜索谐振频率;再利用相位检测技术将换能器输出的电压电流相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32单片机进行PID控制,改变PWM占空比调节电路的振荡频率使系统始终工作于谐振状态,实现谐振频率的自动跟踪,并基于此设计出超声电源电路与控制软件。实验结果表明,该超声电源能快速搜索到换能器的谐振频率,并对谐振频率自动跟踪,使系统能稳定、长时间地工作。     

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。     

OPCM超声换能器的驱动性能及正交异性研究

研究了正交异性压电复合材料(OPCM)换能器的驱动特性,采用1-1型OPCM制备了换能器,对其驱动原理及正交异性进行了理论分析.通过数值仿真和实验测试了其在横观正交方向上不同的压电特性,即正交异性,并得出正交比,该特性可聚集特征信号的能量,从而提高结构损伤的定位精度.OPCM超声换能器模拟与实验测试结果一致,研究表明,这种新型换能器具有明显的正交异性,能在特定方向产生定向应力波,其驱动性能优于片状压电元件.     

压电超声无线能量传输通道阻抗特性研究

基于压电晶体沿厚度方向振动的数学模型,用等效电路法分析得到表面镀银的某型压电超声换能器的谐振频率和反谐振频率,与实测结果相符。在考虑耦合层影响条件下,建立了由外部压电换能器-金属壁-内部压电换能器所构成超声无线能量传输通道的等效电路模型,并仿真得到了通道的阻抗特性,与高精度阻抗分析仪实际测得的阻抗进行比较,验证了所建模型的准确性。     

新型压电微喷的研制

介绍了一种能够实现微量样品精确供给的压电微喷。该微喷利用压电陶瓷围成液体腔,通过厚度切变振动产生压力波,使液滴喷射。从理论推导、有限元模拟、实际测量三个方面研究了微喷的性能,三者得出的谐振基频基本吻合,从而验证了理论设计和有限元优化的正确性。该微喷工作稳定,施加一个驱动脉冲,只会产生一次喷射。当驱动电压为40 V时,最大喷射距离为3 cm,喷出液滴的体积小于1 nL。     

超声减摩用压电换能器阻抗匹配的试验研究

对超声减摩特性已进行了一些研究，实验结果表明，当超声振动的振幅越大超声振动的减摩性越好。因此，要使减摩效果达到最好，应使压电振子在谐振点附近工作，使其振幅达到最大。该文讨论了压电换能器的各种匹配电路及其匹配关系并进行了相关实验；结果表明，选择合适的匹配方法，能有效提高压电换能器的性能．     

压电致动微喷的压力波特征分析

提出了一种压电致动的阵列微喷 ,以面向吸入式药物治疗应用。该阵列微喷工作在器件的谐振点上 ,其工作性能决定于液体腔中的压力波的分布和大小。本文针对该类微喷建立了考虑压电 固 液耦合和压力波传播效应的等效模型 ,并利用有限元方法对整个器件的结构振动模态和压力驻波模态进行了分析。文章对不同振动模态下 ,液体腔中的声压力波分布以及对微喷设计的影响进行了讨论     

收缩管型压电微滴喷射理论分析与实验研究

为了得到驱动电压波形对收缩管型压电微滴喷射性能的影响规律,基于Bogy等提出的压力波传递理论,分析了收缩管型压电微滴喷射头喷腔中的压力传导过程。构建了压电微滴喷射系统的实验平台,以质量分数为58%的甘油和水混合液为实验中的喷射对象,对微滴喷射过程中驱动电压的脉冲宽度、幅值和频率对微滴喷射性能的影响进行了研究。研究结果表明,随着驱动电压脉冲宽度的增大,所形成的液滴速度和直径呈先增大后减小,微滴喷射过程存在最佳电压脉冲保持时间;随着驱动电压脉冲幅值的增大,所形成的液滴速度和直径均增大;随着操作频率的增大,在一定范围内,液滴速度和直径几乎不受影响,但频率过大时,喷射会发生混乱。     

微射流压电气喷的仿真计算及性能测试

针对具体的微射流压电气喷器件进行了仿真和实验测试，通过阻抗谱分析得到压电气喷器件对应前两阶轴对称振动模式的频谱特性，有效实现压电气喷器件与驱动电路的最佳阻抗匹配，为获得最佳的气体喷射提供了基础条件；利用激光扫描多普勒技术分析了压电结构的振动模态、表面速度、位移幅度分布，并与有限元数值仿真结果做了比较取得了很好的一致性。     

高厚径比微小孔镀层均匀性改善研究

文章针对我公司垂直电镀线电镀高厚径比微小孔产品镀层均匀性不佳的状况,通过一系列实验分析,增加电镀前的处理方式提高了高厚径比微小孔产品的贯孔率,在阳极增加挡板,以及在浮架侧面进行开孔等改造措施,改善了电镀均匀性,使其均匀程度得到了提高。这有着较大的现实意义。     

Multi‐Stimuli‐Responsive Microcapsules for Adjustable Controlled‐Release

Novel multi‐stimuli‐responsive microcapsules with adjustable controlled‐release characteristics are prepared by a microfluidic technique. The proposed microcapsules are composed of crosslinked chitosan acting as pH‐responsive capsule membrane, embedded magnetic nanoparticles to realize “site‐specific targeting”, and embedded temperature‐responsive sub‐microspheres serving as “micro‐valves”. By applying an external magnetic field, the prepared smart microcapsules can achieve targeting aggregation at specific sites. Due to acid‐induced swelling of the capsule membranes, the microcapsules exhibit higher release rate at specific acidic sites compared to that at normal sites with physiological pH. More importantly, through controlling the hydrodynamic size of sub‐microsphere “micro‐valves” by regulating the environment temperature, the release rate of drug molecules from the microcapsules can be flexibly adjusted. This kind of multi‐stimuli‐responsive microcapsules with site‐specific targeting and adjustable controlled‐release characteristics provides a new mode for designing “intelligent” controlled‐release systems and is expected to realize more rational drug administration.     

均匀液滴喷射成球法的射流速度计算

分别通过流体力学计算、数值模拟及实验方法研究在不同压力作用下生产电子封装用锡球时不同喷嘴的射流速度。对比分析表明,理论计算和模拟与实验结果基本相符;理论计算方法较方便、准确计算出射流出口的平均速度,数值模拟方法不但可求得平均速度,而且可得到射流断面的速度分布。保持喷嘴直径不变,射流速度随压力增加而呈抛物线形增加。在相同压力作用下,射流速度随喷嘴直径增加而稍有增加,随过渡段直径增加而减小,并且压力差越大增加值或减小值也越大。     

微射流粒子场的同轴Fraunhofer全息测试

利用超短脉冲激光作为记录光源可以在瞬间将高速运动微粒“冻结”的原理,建立了同轴Fraunhofer远场全息测试系统,研究了在爆轰加载下物质的微射流现象。获取了清晰的高速运动微射流粒子场的全息图,通过激光再现给出了微射流粒子的分布、形状、尺寸速度等信息。     

基于X光移动光刻技术的PMMA微透镜阵列制备

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm10 mm的3030个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248m、厚度约82m。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。     

皮秒激光旋切加工微孔试验研究

为了解决毫/纳秒激光加工微孔质量低的问题,利用脉冲宽度为200ps的脉冲激光,采用高速旋切法对厚度为0.2mm的SUS 304不锈钢薄板进行直径为200μm的微孔加工试验,用激光共聚焦显微镜观察孔的外观形貌,研究旋切速率、激光功率和离焦量等因素对孔径、锥度和热影响区等加工质量的影响。结果表明,旋切速率对微孔内壁质量有直接的影响;通过提高转速来降低激光脉冲重叠率可以减小微孔内壁的热影响区;适当增加激光功率,能够改善旋切加工微孔切口处的加工质量;采用正离焦加工能够一定程度减小孔的锥度。优化工艺参量能够加工出热影响区小、边缘质量好的小锥度微孔。     

基于水导激光平面缩流喷嘴内流场仿真研究

适用于水导激光加工工艺的毛细带锥角喷嘴,其内部流动状态复杂。为了获得喷嘴内部高度稳定水束,采用有限元流体计算软件模拟分析的方法,进行了适用于水导激光工艺的缩流型喷嘴内流场模拟分析和数值验证,取得了生成高速稳定水束的参量数据。结果表明,随着平面喷嘴入口压力逐渐增加,毛细段长径比值减小,流体进入喷嘴内部与毛细段壁面发生完全分离,无明显的空化现象发生,形成稳定光滑的缩流型水束;喷嘴入口压力为50MPa时,毛细管直径分别为0.128mm,0.07mm,0.03mm的喷嘴内部水束再附壁长度可达毛细管长度90%;锥角管为10°时, 经过锥角段的水束会再次附壁。模拟分析所得参量对水导激光缩流型喷嘴选取提供指导。