一种道路用小型压电发电及储存装置的研究

为了收集并利用汽车通过公路时所产生的振动能量,设计了一种利用压电材料的正压电效应采集环境振动能量,把振动能转换成电能的道路用振动发电装置。为使压电材料和道路振动能巧妙结合从而吸收最大的外部能量,获得高的发电效率,进行了以下研究：分析了压电材料变形量对发电能力的影响,并设计了能找到压电材料产生最大电能的最小变形量的模型。通过实验分析压电片的联接方式对电能输出的影响,得到了以并联为主,串联为辅的混联电路模型。设计并制作了道路用压电发电装置模型,通过模拟实验测得其发电功率为0.061 2 W,电容储电功率为0.026 4 W,发电效率为14.42%,电容储电效率6.21%。     

TPMS用压电发电装置研究

提出利用压电发电装置替代电池为汽车轮胎压力监视系统(TPMS)提供实时电能,在分析了压电振子安装方式、固有频率及车速对压电发电装置发电能力影响的基础上,设计了一款适合安装在车轮毂上的压电发电装置,并对其发电性能进行了试验分析和理论计算,结果表明,压电振子在既垂直于轮毂又垂直于车轮滚动方向的安装方式下,利用两片不同固有频率的悬臂梁型压电振子制作的压电发电装置产生的电能满足汽车轮胎压力监视系统(TPMS)的供电要求.     

压电发电能量储存方法的初步研究

分析了压电陶瓷正压电效应的特点,探讨了将压电陶瓷通过正压电效应产生的电能,利用镍氢电池储存的可行性,进行了初步实验研究。研究发现,通过一个低频脉冲信号激振单晶片压电振子,使压电振子弯曲变形,压电振子发出的电量能使一个15 mAh的电池在2 h内充满电,80 mAh的电池在7 h内充满电。这种利用可充电电池为储存媒介的储能方法,适用于数据处理等微电子设备,对无源条件下微型电子设备自身供能的研究开辟了新的途径。     

一种基于压电驱动的小型移动机器人的研究

提出了一种基于弹性体1阶纵振、3阶弯振驱动的“人”字型移动机器人,实现了基于同一压电陶瓷片的压电常数(d33,d31)效应同时激发纵振、弯振的设想;建立了纵、弯振频率一致性的几何条件;仿真了机器人的振动模态,并计算出了纵、弯振动一致性固有频率为26.378 kHz;研制出了机器人的自振荡频率跟踪驱动电路;制作出了机器人原型机,并在其上完成了模态、运行实验;实验结果表明该机器人可在较光滑表面上爬行。     

一种新型压电陶瓷极化装置

采用压电陶瓷变压器作为极化装置的高压发生源，并对以往极化装置作一体化配套改造与完善，研制出一种性能优于国内外同类装置水平的新型压电陶瓷极化装置。该装置具有体积小、重量轻、不怕短路、功能齐全、不需采取特殊防护措施、操作方便安全、价格低、稳定可靠等特点，可在压电材料与器件的研制及生产中推广使用     

压电陶瓷器件生产中的几种辅助工艺装置

介绍了压电陶瓷器件生产中经常用到的电极加工机、陶瓷谐振器测试器、稳压电源等三种辅助工艺装置电路原理及应用情况。     

新型风力压电发电装置设计及发电性能

为了利用压电发电装置采集自然界中的风能,并解决传统压电发电装置受外界振源限制的缺陷,设计了一种新型的风力压电发电装置。对装置中的悬臂梁压电振子进行了发电电压的理论分析及有限元验证,结果表明,压电振子发电电压的理论计算结果与ANSYS仿真结果基本吻合,两者之间的误差仅为0.54%。在此基础上,运用ANSYS有限元软件来计算该新型风力压电发电装置的发电能力,计算得到装置在振幅为1 mm、频率为20Hz的简谐力作用下,一个悬臂梁压电振子所产生的电压为30.1V。为了获得最佳的发电性能,对发电装置的结构参数进行了优化设计,研究结果表明,当悬臂梁压电振子的上表面比风车轴凸轮上凸点的最低点位置高2mm时,该装置具有最佳的发电性能,一个悬臂梁压电振子可产生约60.3V的发电电压。     

一种新型直线压电马达驱动器

在分析以色列Nanomotion公司直线压电马达运行机理的基础上,设计了一种基于谐振原理压电马达驱动器。采用CPLD设计作为电路的逻辑控制器,利用两个背靠背高压浮地驱动MOSFET实现方向开关。通过实验证实了该压电马达驱动电路能够满足驱动压电马达的要求,同传统的驱动器相比,该文所设计驱动器提高了输出驱动信号的准确度。     

基于ANSYS的工形压电发电装置有限元分析

针对目前悬臂梁压电发电装置的局限性,设计了一种工形的压电发电装置。运用ANSYS有限元软件建立了工形压电发电装置的有限元模型,并进行了静力分析及模态分析。分析结果表明,该工形压电发电装置的最大应变出现在每个转角折弯处,且每个转角折弯处的应变基本一致。根据压电方程可知,该处将产生最大的发电电压,所以在此粘贴压电片将具有最佳的发电能力。通过建立发电装置的压电耦合分析模型,计算得到在0.1mm的位移载荷作用下,每片压电片上将产生约15.1V的电压。最后,对该工形压电发电装置进行了参数化研究,结果表明,当选择长80 mm、宽15 mm、厚0.4 mm的压电工形板时,发电效果最佳,最大发电电压可达16.5V。     

低频简支梁压电发电装置实验研究

利用制备的压电厚膜采用简支支撑方式,设计和制作了压电发电装置,并对该发电装置进行了压电发电实验研究。实验结果表明,单片压电厚膜在外加作用力频率从0²Hz发生变化时,在负载电阻值为105kΩ时可获得约130μW的最大输出电功率。研究中还发现增加并联的厚片数目可成比例地增加输出功率,因此能满足用于无线车辆检测传感器的功率要求。     

开关功率放大器中的压电变压器特性研究

压电陶瓷变压器(PT)具有效率高,体积小,质量轻,升压比高,无电磁干扰,不易燃,安全稳定及不怕短路等优点,适用于压电材料驱动器控制和驱动装置的小型化和集成化。但PT本身的特性与传统的线圈式变压器有很大不同,在使用时要特别注意。以ROSEN型KHMPT3006A45为例,通过实验获得其等效电路模型参数,建立电子线路仿真软件(PSPICE)模型进行仿真,并分析了PT的频率特性和负载特性。最后针对电路设计中使用PT可能出现的一些问题作了分析,并得出了一些有益的结论。     

压电变压器研究的最新进展

从基本物理原理入手,介绍了压电变压器的工作机理;列出了典型的压电变压器,结合器件设计方法,详细分析了不同压电变压器的特点和使用领域。在此基础上,提出微型压电变压器这一发展方向,并简单分析了所面临的问题。     

光电集成电路的CAD系统

介绍了光电集成电路 ( OEIC) CAD系统的设计技术和软件功能。     

深海环境模拟实验装置压力控制系统设计

为了模拟深海高压环境,研制了一套深海环境模拟试验装置,在对深海环境模拟装置控制系统结构原理分析的基础上,提出了一种针对压力的闭环控制策略,采用以Atmega8L单片机为核心的主控电路、以ECN30206为核心的驱动电路、以Max7219为核心的显示电路,设计了稳压控制的定频调宽变速控制系统的硬件电路,并进行了相应的软件编制,实现了控制电路各模块的自由组合,以满足不同场合的需求,又可组成闭环控制系统,不但能够显著提高深海环境模拟装置的压力控制精度。同时还具有节能的效果。     

功率超声压电换能器阻抗匹配电路参数化设计

针对功率超声压电换能器,因工作环境变化和负载差异而导致匹配失调,及因匹配参数计算复杂而导致设计效率低、易出错的问题,在分析传统LC匹配电路的基础上设计了一种增加可调元件进行匹配失调补偿的改进型LC匹配电路,提出了一种功率超声压电换能器阻抗匹配电路的参数化设计方法,开发了相应的参数化设计软件,通过实验验证表明,该设计方法和软件为功率超声压电换能器匹配电路的设计提供了一种方便、实用、快捷、可靠的手段。     

自由振动压电振子的一种复参数等效电路

将复数概念引入到等效电路元件参数中,并以自由振动压电振子的一种常用振动模——纵向长度伸缩振动模为例,给出了一种复参数等效电路,并推导了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。等效电路元件参数的虚部表示压电振子机械、介电、及压电损耗。给出了由复参数等效电路模型作出的阻抗圆图与由振动理论给出的阻抗圆图以及由传统模型所作出的阻抗圆图。结果表明,新的复参数模型优于传统模型,是一种精确的等效电路。     

自动频率测量仪电路设计

采用由上至下逐层的方法,进行了自动频率测量仪电路的设计、综合、优化、仿真与验证。整个电路用一片PLD可编程器件作为载体,它可以测量频率在1Hz～10MHz范围的周期性信号。     

用于传感器节点供电的压电振动发电机研究

悬臂梁式压电振动发电机是一种新型的供电装置,可广泛应用于无线传感器网络节点进行供电.首先建立以悬臂梁为结构方式的压电振动换能器的模型;然后从遗传算法和田口稳健设计的理论方法出发,以输出平均功率为优化目标的对换能器进行稳健优化设计;接着以钽电容和稳压二极管为核心设计了换能器的能量收集电路,最后用优化后的参数制成样机进行测试.测试结果证明,该发电机完全能满足功耗为50 μW的传感器节点的使用要求,验证了该研究方案的可行性.