压电陶瓷能量转换系统

为实现利用压电材料收集人体能量,将其转化成电能在某些特殊应用领域替代电池或自动为电池充电的目的,设计了一个能量转换系统,该系统由压电发电装置和存储与控制电路组成。通过试验的方法研究了压电振子在结构参数、支撑方式等多种因素影响下的发电特性,根据试验取得的优化参数和工作方案设计了压电发电装置,并尝试利用其为无线遥控器供电。经过试验测试,压电发电装置在外接100 kΩ负载时最大输出功率为58.2 mW,连接存储与控制电路时可满足无线遥控器(以开关无线遥控器为例)的使用要求,信号传输距离达到10 m以上。     

压电悬臂梁多模态发电装置的仿真与试验

为了解决压电悬臂梁发电装置俘获低频振动时,结构共振频率带宽小不能完全发挥其发电能力的问题,对压电悬臂梁进行模态分析,结合汽车轮胎压力检测系统中自供电的要求与悬臂梁式发电装置振动模态的特点,提出利用弯曲振动模态和扭转振动模态构成压电悬臂梁发电装置,利用分布式的质量块布置方式实现弯曲模态与扭转模态的解耦,并使用有限元方法对其进行仿真计算。仿真结果表明:在一阶弯曲模态固有频率为12.6Hz不变的条件下,通过调整质量块分布位置,将弯曲模态的固有频率降低到17.2 Hz。对改进的压电悬臂梁发电装置进行试验,结果表明其发电能力是同条件下传统的集中质量块式悬臂梁发电装置的1.4倍。     

压电陶瓷能量转换系统

为实现利用压电材料收集人体能量,将其转化成电能在某些特殊应用领域替代电池或自动为电池充电的目的,设计了一个能量转换系统,该系统由压电发电装置和存储与控制电路组成。通过试验的方法研究了压电振子在结构参数、支撑方式等多种因素影响下的发电特性,根据试验取得的优化参数和工作方案设计了压电发电装置,并尝试利用其为无线遥控器供电。经过试验测试,压电发电装置在外接100kΩ负载时最大输出功率为58．2mW,连接存储与控制电路时可满足无线遥控器（以开关无线遥控器为例）的使用要求,信号传输距离达到10m以上。     

基于圆形压电振子的骨传导听觉装置

应用周边固支式圆形压电振子作为驱动元件,将音讯信号转换为振动信号,再利用骨传导方式使人感知音讯信号,在此基础上构建了圆形双晶片压电式骨传导听觉装置。对圆形压电振子进行了建模,利用有限元仿真分析,提出了压电振子支撑方式的优化方案。对设计的压电式骨传导听觉装置进行了实验测试,得到了骨传导装置结构参数对其性能影响的关系曲线。实验研究表明:压电式骨传导听觉装置的基本性能指标能够满足骨传导听觉装置的要求。     

新型压电输送振子振动模态有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,对用于行波型超声物料输送装置的压电输送振子进行了模态分析,讨论了压电输送振子结构参数对振动模态的影响,为压电输送振子进一步的结构参数修改提供了指导,为行波型超声物料输送装置的设计奠定了基础。     

小型超声振动料斗的研究

提出内部含有梯形齿的锥筒形给料压电振子的结构形式,确定振子的工作模态为面内三阶弯曲模态。利用ANSYS有限元软件优选了结构参数,研制了出料端内径为16 mm、实际工作频率为22 261 Hz的小型超声振动料斗样机。采用激光测振仪并依据平面镜反射原理,对振子的共振频率及内齿振幅分布进行了测试,并对振动料斗装置整机进行了物料运行效果的测试。实验表明料斗对直径为3 mm到4 mm的球形物体有较好的下料可控性。     

平板形单振子多自由度压电马达

对提出的一种平板形单振子多自由度压电马达进行了理论设计和试验研究。利用梁函数组合法,计算了压电马达的工作模态频率,得出了布置于马达压电振子表面的各凸起之间间距的设计依据;提出凸起的尺寸应使其一阶弯曲振动频率与整个压电振子工作频率一致,给出了各凸起尺寸的选取原则。根据设计理论,制作了马达样机,对样机的运动能力进行了试验测试。结果表明:马达工作模态频率的理论计算结果接近于实测值;当驱动电压为90V、频率为45kHz时,马达绕矩形板压电振子长度方向轴向的转速为45.6r/min。     

悬臂式压电振子宽频发电装置设计及测试

为了提高压电材料的发电量和发电效率,设计了一种悬臂式压电振子宽频发电装置.首先,对单个压电振子进行电压输出和相频特性分析,得出影响电压输出的影响因素.然后,对双压电振子整流后串/并联进行电压输出特性分析,当两压电振子串/并联整流后,输出的电压为两个压电振子输出电压的较大值且频宽增大.最后,对4个压电振子进行发电实验测试...     

基于波纹梁的两自由度低频振动能量收集装置

为改善压电式振动能量收集装置固有频率高、能量收集效率低等问题,设计了一种基于波纹梁式压电振子的两自由度振动能量收集装置,并通过理论建模和数值仿真分析其能量收集特性。分析结果表明:与传统的单自由度和两自由度压电振子相比,含有波纹梁的压电振子的固有频率最低,且前五阶固有频率均为0~60Hz;其中,第四阶固有频率为45.92 Hz,比单自由度压电振子低419.9Hz,比传统两自由度压电振子低55.1Hz。同时,在相同条件下波纹梁式两自由度压电振子输出的电压最大,可达到28V。     

嵌入式系统自供电技术方案设计

电池、感应供电装置往往作为动态参数测试中测试设备的电源,但电池容量有限,且测试装置安装空间受限,为此提出一种嵌入式系统自供电技术设计方案.相对于其他测试装置其发电装置(电磁发电装置、静电发电装置),基于压电发电的嵌入式装置具有结构简单、不发热、无电磁干扰和易于实现微小化等优点,可以实现测试装置自供电.     

悬臂梁单晶压电发电振子电压输出特性的有限元仿真分析

为了解决化学电池为低功耗电子产品供电中存在的问题,对悬臂梁单晶压电发电振子的电压输出特性进行了分析。根据欧拉伯努利方程和压电学理论,建立了悬臂梁式压电发电振子的电压输出特性数学模型,并对压电振子长度、金属基板与压电晶体的长度比,以及金属基板材料对悬臂梁压电发电振子的电压输出特性进行了有限元仿真分析。结果表明：所建立的数学模型与仿真分析结果基本一致;晶体板与金属基板的长度比存在一个最佳值,使得压电振子的输出电压达到最大,且随着金属基板弹性模量的减小,压电振子的输出电压逐渐减小;当金属基板分别为不锈钢、硅、磷青铜和铝合金时,晶体板与各金属基板的最佳长度比分别为0.60,0.65,0.70,0.75。     

耦合弯曲-剪切载荷L型压电振子的低宽频特性

针对传统的压电能量采集装置固有频率高、工作频率范围窄及能量转换率低的问题,基于Timoshenko梁理论提出耦合弯曲-剪切载荷的L型压电振子,研究基于L型压电振子的复合压电结构的能量采集特性. 根据无线传感器的作业环境特点,研究L型悬臂梁的长度、宽度及延伸段长等因素对压电能量采集频率、输出电压峰值及能量转换效率的影响规律. 组合不同尺寸L型压电悬臂梁,研究设计回字形布局的阵列式复合振子. 经仿真分析与实验验证结果可知,在0~250 Hz低频环境下,能量采集频率为28~36 Hz、61~68 Hz、92~99 Hz以及103~111 Hz,较等尺寸传统阵列式压电复合振子覆盖频率平均提升了260%.     

悬臂梁单晶压电振子发电的理论建模与仿真

为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,对悬臂梁单晶压电振子的发电能力进行了研究.根据压电理论和热平衡原理,建立悬臂型单晶压电振子发电能力的数学模型,并对金属基板材料、基板厚度与压电片厚度对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析.研究结果表明,建立的数学模型与有限元仿真分析结果一致,压电片与基板材料存在一个最佳厚度比使得压电振子的输出电压达到最优,且最佳厚度比随着基板材料弹性模量的增大而增大,当基板材料分别为铝、磷青铜、多晶硅和钢时,单晶压电振子所对应的最佳厚度比分别为0.4、0.5、0.55和0.65,最后对以磷青铜为基板材料的压电振子进行了实验测试.实验结果表明,当压电片与基板厚度比为0.5时,压电振子输出功率最大,验证了理论分析的正确性.     

Study on power generations and dynamic responses of the bistable straight beam and the bistable L-shaped beam

In this paper, a simplified model of the bistable piezoelectric cantilever beam with magnets is established, and the potential energy of the bistable system is analyzed. We have proposed the bistable L-shaped beam structure, which has the same geometry dimensions of the bistable straight beam in the first time. The comparative study on power generations and dynamic responses of the bistable straight beam and the bistable L-shaped beam plays an important role in exploring excellent piezoelectric generator.The experiment structure includes the base layer and the piezoelectric layer. The harmonic excitation is given to the system.Theoretical analysis results show that the potential energy function of the system has two obvious steady potential wells. In addition, the depth of the upper potential well is different from that of the lower potential well when the gravity potential energy is considered. Experimental results demonstrate that the power generation for the straight beam is better than that of the horizontally placed L-shaped beam when the excitation amplitude is 450 m V. There is the existence that the energy harvesting capacity of the bistable L-shaped beam is better than that of the bistable straight beam when the excitation amplitude is 400 m V.Furthermore, the power generation of the bistable L-shaped beam with the upper potential well is obviously better than that of the bistable L-shaped beam with the lower potential well. In addition, comparing with the straight beam, the dynamic response of the bistable L-shaped beam is more complex when the external excitation frequency is changed. It is also observed that the distance between the magnets has the obvious influence on the dynamic response of the bistable system. It is very effective to select the appropriate distance between the magnets to improve the power generation of the bistable energy harvester under the fixed excitation conditions.     

Investigation and characterization of an arc-shaped piezoelectric generator

novel arc-shaped piezoelectric generator based on flexible PVDF thin film is presented and systemically studied. With a periodical external force, the generator can produce peak voltage of 45.6 V and peak power of 30.7 μW. The maximum power density reaches 38.4 μW/cm³ with a 4 cm × 2 cm × 100 μm device, at the optimum load resistance of 33.33 MOhm. The influence of frequency, size dimension and load resistance are investigated through experimental measurements. With this high output arc-shaped generator, capacitors can be effectively charged and three commercial LEDs have been directly lighted without any energy storage unit.     

混合式三稳态压电能量俘获器动力性能分析

针对传统暴力行为识别算法精度不高和三维卷积神经网络参数多的问题,本文提出一种基于 3DSE-Densenet 网络的视频暴力行为识别改进算法。采用 3D Densenet 模型提取视频中的时空特征信息,SENet（Squeeze-and-Excitation Networks）按照时空特征的重要性程度进行加权处理,根据加权的时空特征识别视频中的暴力行为。实验结果表明,本文提出的 3D SE-Densenet 方法在 Hockey Fights Dataset 和 Movies Dataset 上识别准确率分别达到 99.1% 和 100%,可较准确地识别暴力行为,准确率高于传统方法。     

振片式超声波马达的研究

超声波马达是一种由超声振动而获得驱动力的新型马达。它利用作为定子的压电陶瓷振子,通过压电效应产生高频振动并依靠摩擦力来驱动压置在其上的转子运动。     

压电微喷驱动振子振动的理论分析

压电驱动振子是由压电材料层和单晶硅层复合而成.以压电微喷驱动振子为研究对象,根据压电本构方程和弹性薄板弯曲理论,应用能量法对其进行了理论分析,建立了周边固支条件下压电驱动振子振动的理论模型,推导求解了驱动振子一阶固有频率及位移函数,MATLAB编程计算结果与ANSYS软件仿真结果误差为6.6%,表明了二者的一致性.分析了激励电压及压电驱动振子结构参数对轴向振动位移的影响,研究结果可为压电微喷液滴发生器的设计及控制提供理论依据.     

应用于微型航天器的微型核技术

根据微型核定义开发了一套演示验证系统,它将星载计算机、姿态控制系统和通信子系统集成到一个被称为信息处理单元(IPU)的黑盒子中;IPU通过CAN总线连接微敏感器,包括星敏感器、太阳敏感器、磁强计、光纤陀螺以及GPS接收机。IPU尺寸为200 mm×28 mm×138 mm,净重为640 g,整个系统重量小于5.5 kg。利用作者开发的包括地面站系统和执行机构(反作用飞轮和磁力矩器)的航天器测试平台实现了微型核的自主姿态控制。