3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态.应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料,并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数,实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率,并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响.同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合,并提出了避免这种耦合的方法.     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态。应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料,并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数,实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率,并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响。同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合,并提出了避免这种耦合的方法。     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态。应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料，并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数，实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率，并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响。同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合，并提出了避免这种耦合的方法。     

热激励硅谐振梁压力传感器开环测试系统设计

设计了一个开环测试系统,利用锁相放大器能够对微弱信号进行有效检测的特点,采用交流激励、二倍频拾振的方法,实现了对热激励硅谐振梁压力传感器谐振输出的微弱信号的检测。该测试系统能够快速测得传感器的幅频特性曲线;通过处理,得到传感器的压力-频率特性。整个测试过程由程序控制实现。     

热激励硅基双梁谐振型压力传感器

针对热激励硅基谐振型压力传感器温度漂移严重的问题,提出了一种双梁硅基谐振型压力传感器结构,利用不测试压力的谐振梁感应温度对谐振梁的变化,并与测试压力的谐振梁相减,消除测试压力的谐振梁随温度变化的部分,补偿热激励硅基谐振型压力传感器的温度漂移.通过实验,研制出双梁结构的硅基谐振型压力传感器样品,初步测试结果显示,温度漂移的影响已降低到原来的1/30,大大提高了热激励硅基谐振型压力传感器的测试精度.     

基于激光诱导超声换能器的磁声电成像研究

生物组织的电学特征对肿瘤的早期诊断具有重要意义。通过测量样品的洛伦兹力效应,磁声电成像可以检测到生物组织电导率的变化,从而实现肿瘤组织的早期诊断。现有的磁声电成像采用传统的压电超声换能器产生超声激励,为了避免静磁场对超声激励系统的干扰,这种方法要求压电超声换能器必须远离被测样品,从而导致超声探头和被测样品间存在较大的超声传播距离,不利于在临床中进一步研究。首先设计了基于光声热弹效应的激光诱导超声换能器,这种光学超声换能器采用优化的炭黑和聚二甲基硅氧烷复合结构,减小了复合膜厚度,有望产生高频和高强度超声信号;然后对优化的复合膜激光诱导超声换能器的超声特性进行分析,并利用激光诱导超声换能器进行磁声电成像实验。结果表明:激光诱导超声换能器产生的超声信号具有与压电换能器产生的超声信号可比的压强幅度和超声带宽,-6 dB超声带宽接近7.5 MHz,产生的超声强度达到2.5 MPa;在磁场环境中,激光诱导超声换能器能提供一种无电子结构的超声激励方式,有效减小了磁声电成像中超声激励源的电磁干扰,具有良好的电磁兼容特性。     

基于COMSOL Multiphysics超声波电机的谐振特性分析

基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法.试验结果表明:当对压电振子施加幅值为100 V的激励电压后,软件分析和数学计算基本一致,可见仿真分析方法的可行性,为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法.     

谐振式微加速度计差频检测电路研究

微机械谐振式加速度计的输出频率信号不易受到环境噪声的干扰,在传输和处理过程中也不易出现误差.针对实验室加工的谐振式微机械加速度传感器,采用静电激励和电容拾振的检测方式,设计了电容拾振检测电路和差频输出电路,实现了谐振式加速度计的微弱差频信号检测.利用精密分度盘对该加速度传感器进行了性能测试,实验室测试灵敏度为25.7 Hz/g,达到了设计要求.     

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。     

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。     

基于有限元方法的超声波仿真研究

针对超声波传播的瞬态问题,提出了一种基于多物理场耦合仿真方法。分别对超声波在流体、各向同性材料、各向异性材料中传播的问题以及压电材料作为声源的问题进行了仿真,并与理论结果进行了对比,结果表明该方法能够较好的仿真超声波传播的问题;在各向异性材料中,不同传播方向的波速不同,某一传播方向纵波速度高,则该方向横波传播速度低,反之亦然;压电材料作为声源时,激励电信号频率与压电材料谐振频率相同或接近时,产生的超声波杂波较少,因此激励电信号频率的选择应该以压电材料的谐振频率为参考。     

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。     

双激励源压电陶瓷超声换能器的共振频率特性分析

 本文对具有两组压电陶瓷激励元件的夹心式功率超声压电换能器进行了理论及实验研究.当换能器中的两组压电陶瓷元件分别被激励时,换能器可以产生两组不同的共振及反共振频率.利用换能器的梅森等效电路,得出了其频率方程.探讨了换能器的共振频率及反共振频率与其几何尺寸及电学边界条件的依赖关系.研究表明,换能器的共振频率不仅与其几何形状和尺寸有关,而且与电学边界条件有关.在同样的几何尺寸下,电端开路时的共振及反共振频率大于电端短路时的共振及反共振频率.在两种电学边界条件下,换能器的共振及反共振频率与几何尺寸之间的依赖关系是相似的,即当换能器圆锥前盖板的半径比增大时,换能器的共振及反共振频率总是降低的.     

压电叠堆驱动式超声电机设计

该文研究了拟发挥压电叠堆大输出力的特点,并提出了一种压电叠堆驱动的超声电机。电机定子由压电叠堆与金属弹性体结构组成,定子在交变激励信号下产生行波振动,并通过摩擦耦合驱动转子旋转输出。该文制作了样机,并搭建了实验平台。测试结果表明,电机转速与驱动电压呈正相关关系。当驱动电压峰-峰值为310 V时,电机最大输出转速为42.55 r/min,输出扭矩为0.8 N·m。     

Excitation of piezoelectric device through resonant helical coil antenna-like structure

A resonant helical coil antenna-like structure has been explored for wireless excitation of piezoelectric devices. The basic idea behind this wireless excitation of piezoelectric device is electromagnetic resonance along with piezoelectric resonance. The analytical studies reveal that the maximum excitation occurs in the piezoelectric device when the operating frequency of the system coincides with its mechanical resonant frequency. It has been seen that the intensity of piezoelectric stimulation depends on the frequency of operation, air gap, relative position, electric load, and the generated electric field strength by the helical coil antenna-like structure. The analytical results are verified with the measured experimental results, and are found to be in well agreement. By adopting this proposed wireless excitation system the free actuation of the piezoelectric devices can be enabled as opposed to the confined motion for various potential applications.     

多向复合超声换能器有限元分析与试验

超声换能器是微电子封装技术的核心执行元件,为解决传统一维纵振超声换能器键合效率低、键合面不均匀及键合点不牢靠等问题,采用ANSYS仿真软件建立换能器有限元模型进行模态分析及谐响应分析,设计了一种可同时实现轴向纵振、水平弯振及竖直俯仰振动的40 kHz多向复合夹心压电式超声换能器。其中,压电部分由整圆环和可单独激励的1/4圆环陶瓷片组成。利用阻抗分析仪实物测试,得到换能器纵振、弯振及俯仰振动的阻抗 频率特性曲线。结果表明,测试值与仿真值基本一致,且结构性能参数均符合键合要求,验证了该结构的合理性。     

基于微尺度压电振动发电机的微电源设计

为弥补传感器网络传统供电存在的不足,该文设计了一种基于微尺度压电发电机的微电源,其可有效拾取周围环境中的振动能量,从而为低功耗的传感器系统提供电能。该电源由具有微尺度效应的微振动发电机与外部高效的无源峰值监测开关电路集成而得,结合Matlab仿真分析可知,其输出电压可达0.24V;无源峰值监测开关电路能保证压电片间电荷的全部输出,与具有经典接口的微电源相比其输出功率提高了3倍。     

方体压电谐振器共振频率电调谐技术

受环境因素的影响,压电谐振器的共振频率会发生漂移。调谐技术因采用特定的手段主动调节共振频率而得到广泛应用,但传统附加质量块、激光烧蚀等机械调谐技术费时费力,灵活性不好。针对方体压电谐振器该文提出了一种激励信号幅值调谐和直流调谐的电调谐方法,可精密调节谐振器的共振频率。设计了一种基于ZYNQ系列主控芯片的数字化测控电路,实现了振子扫频激励、输出信号的幅值相位检测,为激励信号幅值调谐和直流调谐提供了实验硬件平台。实验结果表明,激励信号幅值调谐的共振频率变化范围为347.850～348.000 kHz,直流调谐的调节范围为347.720～347.820 kHz。该技术为压电谐振器共振频率精密调节提供可靠的理论与实践途径。     

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。     

一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器

 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性.