等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能研究

为了提高悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能,根据等强度梁理论,对悬臂梁压电陶瓷单晶片结构进行优化设计,得到等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片。通过ANSYS仿真和实验研究,对比分析等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片和非等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片发电性能,结果表明:等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能更好,在相同的激励条件下,其单位面积输出的电压更高。     

压电陶瓷微纳米伸缩量测试系统

介绍了一种压电陶瓷的微纳米伸缩量的测试系统。该系统是通过调节加在陶瓷管内外管壁上的电压变化来实现陶瓷管的伸缩,其驱动电压由计算机编程并经过D/A转换后输出,再依次通过低压和高压放大后加在陶瓷管壁上。压电陶瓷的伸缩量则由电感测微仪进行测定。实验结果表明,利用该系统可以很方便地测量压电陶瓷管的伸缩,其伸缩量随着电压的变化而变化,但并非成简单的线性关系,而是呈一条曲线。     

基于时间延迟的汽车驾驶室吸声系数测量研究

以汽车发动机噪声辐射能量分布为参考,以其实际使用的某一吸声材料为测试对象,将两个麦克风等间距布置在吸声材料的正前方,利用麦克风分别测得麦克风所在位置的声压数值,将所测得的声压进行拉氏变换,再根据两麦克风之间测得声压的时间延时得到声波的反射系数,最后利用声波的反射系数推导出吸声系数。实验表明:利用该方法测量得到的吸声系数在声波频率较低时与驻波管法以及混响室法测量得到的吸声系数基本一致,在所参考汽车发动机噪声辐射能量分布情况下,基于时间延迟的吸声系数测量更快捷,结果具有较好的可靠性。     

压电双晶片的有限元分析及实验

采用有限元分析方法,分析了压电双晶片悬臂梁的位移形变特征.研究了金属弹性层、压电陶瓷片的材料属性及几何尺寸对双晶片偏转位移的影响;计算了双晶片的弹性模量、厚度以及加载电压与位移形变产生弯应力的关系;通过位移测试、弯应力测试等相关实验对有限元分析进行了验证.当加载电压为60 V(120 Vp-p)时,双晶片的偏转位移和弯应力分别为166/μm和34.7 m·N,实验结果证明本文所建的有限元模型是合理有效的.此外,测试了压电双晶片的振动特性,测得其谐振频率为310 Hz,在该频率下加载20 Vp-p电压,其端部位移输出即可达1.7 mm.有限元分析结果及实验验证为压电双晶片结构的优化设计提供了依据.     

悬臂梁双压电晶片振子发电性能研究

以双压电晶片振子为研究对象,对悬臂梁式双压电晶片振子在正压电效应下电压输出特性进行了有限元分析与试验研究,给出了压电晶片在悬臂梁上的最佳粘贴位置,并且利用有限元分析软件建立了悬臂梁双压电晶片振子的有限元模型,进行了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子输出电压影响规律的仿真分析;利用压电陶瓷发电能力测试系统进行了试验测试,通过仿真和试验结果对比分析,得出了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子发电的输出电压影响规律。     

基于倒频谱方法测量吸声系数的一种新方法

提出了在随机声波入射下,基于倒频谱分析的测量吸声系数的一种新方法。在被测的系数材料的近前方放置一个麦克风,在随机声波入射下,该麦克风检测出麦克风处的声压,将此声压变换成倒频谱,再与入射声压的倒频谱对比,得到被测吸声材料表面的反射系数,从而得到该吸声材料的吸声系数。最后进行了实验,首先研究了麦克风距离吸声材料表面之间的距离与测得的吸声系数的关系;然后,研究了麦克风放置的位置以及被测吸声材料的面积与测得的吸声系数的关系;最后,对不同的吸声材料进行了实验。实验结果表明,在随机声波入射下,用该方法测量吸声系数是方便可行的。     

探头保护膜对纵波探伤的影响

接触法和水浸法垂直入射纵波探伤中,可能获得的探伤灵敏度除主要决定于探头(换能器)和探伤仪的组合灵敏度外,还与探头与负载介质之间的声学阻抗匹配有关。一般用压电陶瓷作的探头上,为了防止晶片磨损,常加上钢、塑料、陶瓷或其它材料作成的保护膜。实际上,保护膜不但起着保护压电陶瓷片的作用,它还在晶片与负载介质之间起着匹配层的作     

压电双晶片和单晶片驱动下泵的输出性能研究

为从理论上获得压电泵在薄片型压电双晶片和单晶片(统称压电振子)驱动时的输出流量关系,需要获得二者振动时产生的容积变化量。假设压电振子在周边固定约束条件下,应用弹性薄板的小挠度弯曲变形理论,推导了压电双晶片和单晶片振动时的容积变化方程,并根据方程对铜基板直径为35mm,压电陶瓷直径为29mm,基板和压电陶瓷厚度同时为0.2mm和0.3mm 2种规格的压电单晶片和双晶片进行了振动容积计算。计算结果显示,相同基板和陶瓷厚度的双晶片振动产生的容积变化量是单晶片的2.3倍。将上诉压电振子应用到单腔压电泵上进行输送气体流量测试,获得的实际输出流量比在1.5~2倍之间,理论计算结果与试验测试结果比较接近。理论推导结果为比较双晶片和单晶片驱动下压电泵的输出能力提供了可靠依据。     

压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析

从微观上系统分析了电致伸缩效应、逆压电效应和铁电效应的位移机理,表明:三种效应的位移机理是根本不同的;压电陶瓷执行器的位移主要是由逆压电效应、铁电效应所引起的,电致伸缩效应对位移的贡献极其微弱,可以忽略不计;单纯的逆压电效应是线性的,而铁电效应则是迟滞非线性的.指出了非180°电畴转向与转向的不完全可逆,分别是造成压电陶瓷执行器非线性和迟滞的根本原因.通过实验研究了驱动电压幅值、驱动电压频率、驱动循环次数及晶片厚度对压电陶瓷执行器迟滞和非线性的影响.     

悬臂梁压电俘能器的建模研究

为深入研究悬臂梁式压电俘能器的作用机理,从压电方程和内能平衡出发,建立了悬臂梁式压电俘能器单晶片压电振子、双晶片串联压电振子和双晶片并联压电振子的电压输出灵敏度数学模型.在ANSYS中分别建立了三种压电振子的有限元模型,仿真得到三种压电振子的基板厚度与输出电压的关系曲线,仿真结果表明串联双晶片压电振子的输出电压值最高,且数值模拟曲线和有限元仿真曲线基本吻合,验证了建立数学模型的正确性.     

基于小球反射法的超声换能器脉冲声场模型研究

小球反射法是超声换能器声场测量的一种常用方法。为了研究小球的尺寸对声场测量精度的影响,建立了小球反射超声平面换能器发射的脉冲声场声压分布的理论模型,计算了由不同尺寸的小球反射的声场声压分布;实验验证了理论模型的正确性。理论计算和实验结果均表明小球的尺寸越小,测量精度越高。     

采用听觉传感策略的声品质主动控制

针对现有声品质主动控制多以心理声学参数为控制目标,声品质改善能力不足,提出一种基于听觉传感策略的声品质主动控制系统。为了使控制系统能够融入听觉非线性特性,建立了包括外/中耳模型和内耳模型的听觉传感模型,其中在基底膜建模时,考虑毛细胞对基底膜具有反馈运动调节作用,采用带宽时变的gammatone滤波器模型,该滤波器可模拟出听觉在频率和强度感知方面的非线性特性。然后,以听觉信号平方最小为控制目标,给出了基于听觉传感的主动控制系统结构,为了解决听觉传感环节的加入带来的算法计算量增加和收敛性变差问题,基于x滤波最小均方（Filtered-x least mean square,FLMS）算法,提出了延迟补偿结构与逆模型结构相结合的听觉控制算法。最后,以车速50km/h的汽车车内声为对象进行主动控制仿真,对控制前后的车内声进行了声品质客观与主观评价,并对评价结果进行比较与分析,主客观评价一致表明：与声压控制相比,听觉控制可以更好地改善听觉舒适性。     

三维闭声场主动声学控制理论与应用

介绍了三维封闭声场主动声学控制的基本理论及应用。在封闭的三维声场内,通 过优化人为施加的次级声源强度可使其声势能达到极小,实际应用中可利用有限个 离散点的声压平方和来逼近其声势能。应用这一理论成功地在一封闭房间内进行了 控制实验。     

Sound visualization of smartphone-radiated noise using nearfield acoustic holography

A smartphone contains electronic components that can inadvertently act as sources of unwanted vibration and noise. Also known as the “buzz,” the noise is produced primarily by multilayer ceramic capacitors, the piezoelectric pulsation of which drives the circuit board into vibration, hence sound radiation. Given the close proximity of the smartphone to the ear, the audible noise, albeit low in amplitude, can be a nuisance and degrade the call quality. Thus accurate measurement and analysis of the noise are needed as the first step toward resolving the problem. The popular farfield-based techniques, however, are not applicable to smartphone-radiated noise because of its low sound pressure level (∼20 dB). This paper presents an alternative method based on nearfield acoustic holography (NAH), here tailored for a small mobile device radiating low-intensity noise. The NAH method is shown to be capable of visualizing sound pressure and intensity anywhere near the smartphone as well as the vibration of the circuit board, which could lead to an effective design strategy for a quieter smartphone.

     

基于单全息面三维声强测量的声场分离技术

在测量全息面三维声强和均方声压的基础上，根据平面上二维切向有功声强与复声压相位间的关系来间接获取复声压的相位，结合测得的均方声压，得到全息复声压；根据全息面上微粒法向振速的叠加原理和波数域的Euler公式，推导出基于单全息面三维声强测量的声场分离公式，将全息面两侧声源各自在全息面上产生的声压分离开来。在全息面两侧均有声源的情况下，实现噪声源的识别与定位，克服了近场声全息(NAH)和基于声强测量的宽带声全息(BAHIM)的应用局限性。数值仿真的结果证明了该技术的可行性和有效性。     

压电陶瓷与电流变液结合的声学与振动控制系统

通过分别制备高性能压电陶瓷FD3-PZT,FD4-PZT和复合电流变液并测量它们的性能之后,研究和制作了由压电陶瓷与电流变液结合的一种新型声学与振动控制系统(在该系统中的压电陶瓷与电流变液之间连接有一高压延迟电路).当外界施加一个瞬时冲击力作用于该新型声学和振动控制系统中的压电陶瓷上时,压电陶瓷由于压电效应产生瞬时高压(d-c current)输入复合电流变液,电流变液在短时由于其具有的流变性(其电致流变性可逆)而迅速由液态变为固态,从而抵消了外来的瞬时冲击力.该新型声学与振动控制系统在振动控制和声学方面极有应用前景,例如抗(防)次声、声震波和爆炸冲击波的危害以及用于制造高效防弹衣、防护头盔(安全帽)等;在声学方面可制备新型电控激励器、制动器、强振隔离体、无后坐力装备及各种抗震、减振、防噪所需装置等.     

基于传递矩阵的汽车多层吸声材料特性研究

利用传递矩阵对汽车吸声材料的吸声特性进行了分析。首先将多层均匀吸声材料进行布置,得到两层吸声材料之间的声压与介质中质点的振动速度关系。然后将实验材料钢板前面的第i层与第i+1层吸声材料分离开来单独考虑,得到多层吸声材料的吸声系数计算公式。最后对三层不同厚度的均匀吸声材料之间的吸声系数进行了实例计算和实验测量,验证了传递矩阵计算所得的吸声系数是正确的。     

对称消声器传递损失测量及误差修正

为了提高对称消声器传递损失的测量效率,基于声学理论分析,提出了一种单负载法传递损失计算模型。针对反射系数较大的吸声末端,导致该方法在实际测量中存在较大误差的问题,推导出了一种能够消除测试管道末端反射声波在上、下游形成多次反射的修正公式。通过自制阻抗管进行试验测试,结果表明：在末端声学负载吸声性能良好的情况下,单负载法传递损失计算模型能够精确计算出对称消声器的传递损失;修正公式能够有效地消除末端负载所引起的反射波对传递损失计算的影响,降低对末端声学负载吸声性能的要求,保证单负载传递损失计算模型的适用性。     

薄壁结构加强的纳米复合涂层深海高压吸声性能

研究了压力对纳米复合涂层PSM的影响,发现它仅在常压下具有很好的水下吸声性能。为提高PSM在高压下的吸声性能,提出了一种能够消除压力对PSM影响的硬壳软内衬薄壁结构。FEM仿真和压缩试验发现,2 mm厚的环氧树脂硬壳增强了PSM的抗压性能,2 mm厚的软硅橡胶Ecoflex内衬可以进一步减小中间区域形变。水声测试验证表明,在静水压力1.5 MPa下,带环氧树脂硬壳和Ecoflex软内衬的PSM在1500~7000 Hz区间的平均吸声系数从0.2提高到0.7。