变负载压电悬臂梁共振频移量研究

基于Euler-Bernoulli梁原理研究了铝基双晶串联压电悬臂梁电压频响和短路-开路共振频移量问题。以悬臂梁总厚度和压电陶瓷厚度为影响参数,首先推导了输出电压的单/多模态解,再以单模态解为基础,分析了不同厚度压电悬臂梁短路-开路共振频移量。研究结果表明,与多模态解相比,单模态解的估计性良好,且计算简便。在任意变负载区间内,存在最劣压电陶瓷厚度,使短路-开路共振频移量最大。因此,在进行压电悬臂梁结构设计时,应尽量避开最劣点,使外部负载具有最佳适应性,提高能量回收效率。     

压电超声马达驱动电路的研究

提出了一种基于计算机控制的压电超声马达谐振频率自动搜寻系统。在此系统中,首先使用计算机来产生一个频率可调的超声波驱动信号,然后通过对马达转数的检测,系统得到压电超声马达的最佳谐振频率值。试验证明本系统能够自动地查询到压电超声马达的最佳谐振点,并且,通过实验结果讨论了马达谐振频率与电路匹配状态对压电马达的影响。     

基于频率调制的随机共振系统研究

针对频率调制中存在的门限效应问题,提出了利用非线性科学领域的随机共振原理来降低门限值。首先将接收到的频率调制信号通过一低通滤波器,提取出其中的低频分量,然后输入非线性双稳态系统中,通过调节载波频率,使得系统发生随机共振,多次调节载波频率,可以有效的检测出有用信号的频率。理论分析和仿真结果表明该方法能有效降低频率调制的门限值,并且克服了随机共振不能检测大频率信号的缺点。     

1.55 um全光纤相干激光测风雷达技术的研究

风速的监测在气象预测、飞行器的安全保障及风力资源的勘测等方面都有着十分重要的应用。采用1.55 um窄线宽全光纤激光器开展全光纤相干多普勒激光测风技术的研究,建立一套由电机带动转盘转动模拟风速测量装置,利用散射信号产生多普勒频移来校准系统的测量准确性。系统采用的1.55um全光纤脉冲激光器单脉冲能量为10 uJ、脉冲重复频率为20 kHz、脉宽为200 ns, 模拟风速与实际测量结果具有很好的一致性。     

一种纵向共振光声池谐振频率测量方法

为了快速准确测量共振光声池的谐振频率，采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法，搭建了光声光谱检测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下，分别采用共振声谱法和光声信号强度标定法测量光声池的谐振频率。结果表明，共振声谱法测量的光声池共振频率与声信号激励电压、声源传播距离及角度无关；在5种不同体积分数的乙炔气体条件下，所测得的光声池谐振频率与通过光声信号强度法的结果最大偏差为1.1Hz，可认为两种方法测量结果具有一致性。该方法简单快速、可靠和准确，可用于确定光声池谐振频率。     

利用微波调制激光技术测速的实验研究

为了验证微波调制激光技术进行速度测量的可靠性,构建了一套通过微波调制激光技术测速的实验系统。利用激光作为载波,微波作为模拟调制信号对激光信号进行强度调制,光电探测器对信号光强度进行直接探测。利用射频电路,获得多普勒频移数据反演发射端和接收端相对运动速度。同时通过测量运动距离和时间计算平均运动速度,作为第三方数据,用于与微波调制激光技术测速的数据进行比较。理论分析了这套系统的原理并对其进行了实验验证。实验结果表明,利用微波调制激光技术测速的数据与第三方数据平均偏差小于2.0%,符合性好。     

压电单晶材料常数测量超声共振谱分析仪研究

日益增长的新材料表征需求成为驱动超声共振谱分析仪发展的动力,而小尺寸、试样形状非规则等一系列个性化需求使得现有的超声共振谱分析仪已无法满足要求。该文借助实验室已有的通用超声测量仪器RAM 5000/SNAP,搭配相应的压电换能器,实现试样激发和共振谱数据采集,基于LabVIEW和MATLAB开发了界面友好的仪器操作界面、实现了Ritec仪器自动控制。此外,该文提出了一种将粒子群和模拟退火算法相结合的高性能优化算法,用于实现各向异性材料常数逆运算的求解。利用商用有限元软件COMSOL和Matlab接口程序,完成试样本征频率的正向计算和模态自动分析,可扩展到不规则、任意形状样本材料常数的测量。仪器的主要性能指标包括扫频范围为10 kHz~33 MHz,扫频分辨率为50 Hz。另外,由于Ritec测量仪器兼具线性和非线性声学测量功能,故本仪器可以自然地扩展成为非线性超声共振谱分析仪。最后,测量了各向异性材料硅酸镓镧的弹性和压电材料常数,测量结果准确,验证了研制仪器的性能。     

DRFM移频干扰对LFM脉冲压缩雷达的影响及对策研究

数字射频存储器(DRFM)移频干扰是针对LFM脉冲压缩雷达等一些新体制雷达所提出的新型干扰技术,由于干扰信号与雷达发射信号具备较强的相干性,干扰样式的多样性及灵活性,从而导致雷达难以利用现有的抗干扰技术。分析了干扰信号与目标回波信号参数的不同之处,提取出真实目标回波信息,从而达到抗移频干扰的目的。     

布里渊频移响应特性及其灵敏度调制方法研究

为研究基于布里渊光时域反射测量原理的分布式传感光纤在工程应用中的温度和应变交叉敏感问题,首先采用介质中声学声子非弹性光散射理论,建立了布里渊频移与光纤所受应变和温度的理论关系模型,并数值模拟了纤芯材料属性与内置调制膜层参数对光纤布里渊频移应变、温度灵敏度的影响,得到当纤芯折射率增大、纤芯泊松比减小或内置调制膜层与裸纤间隙增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均减小;而当纤芯折射率、纤芯弹性模量减小或内置调制膜层热膨胀系数增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均增大。在此基础上搭建了布里渊散射测量系统,并选择了同时具备温度增敏与应变减敏特性的内置调制膜层型分布式光纤进行验证试验,试验结果与仿真分析一致。     

基于行车风压的谐振腔式压电俘能器研究

针对汽车行驶过程中车载传感器需要持续稳定的供能需求,设计一种以谐振腔结构为主体,扰流圆柱与亥姆霍兹谐振腔为辅助的压电俘能器。为研究俘能器的发电性能,设计其最佳结构,建立流固电耦合仿真模型。仿真时,根据实际风压分布,将风压载荷分区加载到压电发电模块。仿真分析结果表明,基板与压电陶瓷的厚度比对压电悬臂梁的输出电压和固有频率有影响,最佳厚度比为1.25;基板与主腔体间间隙、扰流圆柱直径、亥姆霍兹谐振腔皆存在最佳尺寸参数使压电俘能器发电性能达到最佳;负载电阻在400～600 kΩ内时,可获得最佳的输出功率;风速为15 m/s时,最大输出功率为37.3 mW。     

基于模态局部化的可调式压电驱动谐振质量传感器的设计

该文提出了一种基于模态局部化现象来检测外部质量扰动的可调式压电驱动谐振质量传感器,质量传感器的检测结构由两个不同长度的悬臂梁通过机械耦合梁连接。首先利用哈密顿原理对压电驱动下的非对称谐振元件进行理论建模,采用伽辽金方法求解,得到前两阶模态下的振动特性;理论求解所得固有频率与COMSOL仿真分析、实验数据基本一致。实验研究表明,无调谐质量的谐振器检测范围为2～10 mg,添加调谐质量后的谐振器检测范围提高至1～13 mg,质量检测的分辨率也得到优化。此外,对传感器的结构进行非线性分析研究发现,超谐振动下的谐振器检测灵敏度提升了80%,这为非线性谐振传感器的设计提供了基础。     

压电换能型传感器电学响应特性研究

压电元件用作换能型传感器,是一个机电二端网络,压电方程描述了机电转换的关系,而实际应用端口条件将确定传感器的最终输出。文章分析了在理想开路和实际应用条件下的电学响应特性,推导了压电敏感元件在实际应用条件下的传感响应微分方程,给出了传感输出的瞬态响应表达式。     

夹心式压电超声复频换能器的研究

对具有多个共振频率的纵向振动夹心式压电超声换能器进行了研究，该换能器由多组压电陶瓷片及金属棒组成。在一维纵向振动理论及等效电路的基础上，推出了夹心复频超声换能器的共振频率方程，设计并制作了一些复频换能器，并对换能器的共振频率、有效机耦系数和等效电阻抗等参数进行了测试。     

压电谐振器双闭环驱动电路研究

压电谐振器是谐振式传感器和执行器的核心部件,通常工作在共振和稳幅状态。采用一种锁相环(PLL)和自动增益(AGC)相结合的双闭环控制驱动电路,分别实现了谐振器共振频率的跟踪激励和压电振子输出信号的稳幅控制。优化设计了双闭环电路中各元器件参数,使得压电振子能稳定工作在谐振频率点。参照压电谐振器开环测试数据和闭环测试数据,双闭环驱动电路能将谐振器相位锁定在59°(误差3°),输出信号峰峰值稳定在12.8V(误差0.2V)。实验结果表明,该电路设计能够达到稳定谐振器输出信号幅值和跟踪谐振器共振频率的目的。     

压电谐振式水平姿态传感器研究

介绍了利用石英晶片频率的力敏效应制作的水平姿态传感器及其敏感头的结构。分析了敏感头结构参数与传感器的标度因数、线性度等技术指标的关系,并指出了该传感器需要进一步研究的问题。目前,压电谐振式水平姿态传感器样机的分辨率优于0.001 4°,在2°的范围内,标度因数达1.60 Hz/5″,非线性度不大于0.13%。     

考虑封装的SAW谐振式传感器仿真研究

针对小体积射频声表面波(SAW)传感器性能受封装影响大的问题,该文提出了耦合模(COM)模型与三维电磁分析结合的仿真方法。利用COM模型计算出芯片的单端口S参数;使用三维电磁场仿真软件HFSS对表面贴装的陶瓷封装结构进行建模,仿真计算出封装的S参数;对芯片及封装结构S参数在电路仿真软件ADS中进行结合,得出考虑封装的SAW谐振式传感器仿真结果。实验制作了工作在428.5 MHz的SAW单端谐振传感器,采用该文所述方法仿真的理论结果与实验测量结果更接近,验证了上述方法的可行性。     

数学式压电石英姿态传感器的研究

叙述了数学式压电石英姿态传感器的结构原理与性能。介绍了敏感元件的设计方案 ,设计制作了弹性敏感质量体 ,有效地提高了石英晶体的抗过载能力和抗冲击能力 ;设计制作了结构简单 ,密封效果良好的双劈形挤压密封腔。试验表明 ,采用这种结构形式的姿态传感器 ,其分辨率优于 0 .0 0 14°,非线性度为 0 .13% ,密封腔漏气率小于 2× 10 - 1 1 Pa· m3/ s     

基于压电超声触觉显示的可变摩擦研究

基于超声波润滑机理和挤压膜效应,该文提出了一种新型的压电超声触觉显示分析模型,并进行了理论和实验分析。在高挤压数状态下,推导出挤压力的解析表达式,开展了超声触觉显示分析模型振动特性实验和定性、定量摩擦辨别实验,探究了振动频率和激励电压对摩擦减少的影响,验证了压电超声触觉显示分析模型显著的减摩擦效果,为构建触觉显示剪切力模式提供了理论基础。     

压电式压力传感器温度补偿算法的研究

介绍了压电式压力传感器由于受工作环境温度的影响,其零点和灵敏度常会发生漂移,因此,需对其进行补偿;讨论了一种基于最小二乘法的补偿算法,运用该算法对温度变化后的数据进行处理,使传感器的输出基本不随温度的变化而改变,从而使传感器的零点漂移和灵敏度漂移问题得到了很好地解决。结果表明,该算法能起到很好的补偿效果并广泛应用于工程实践中。