Terfenol-D/PZT和弹性基板阵列换能器的磁电效应研究

利用共振原理,将磁致伸缩材料(Terfenol-D)、压电材料(PZT-8)复合于弹性基板上构造了一种新型的换能器.当激励磁场的频率等于或者接近于弹性基板的固有频率时,Terfenol-D将驱动弹性基板振动并发生共振,粘结于弹性基板上的压电材料的输出电压将达到最大.实验研究表明,在800 Oe偏置磁场和1Oe交变磁场激励下,在谐振点392 kHz处,阵列结构换能器的最大磁电耦合电压系数和最大输出功率分别达到了235.5 mWOe和2.403μW,相比MP层合结构换能器,分别提高了13.77%和33.7%.     

铁磁合金/压电材料复合磁电效应研究

利用高机械品质因数的FeNi基弹性合金,构造了不等长的FeNi基弹性合金/压电叠层磁电复合材料。采用等效电路法分析了复合结构的磁电电压系数、谐振频率、机械品质因数和最大输出功率与磁致伸缩—压电层长度比之间的关系。结果表明:磁电电压系数、机械品质因数及最大输出功率随着FeNi基弹性合金长度的增加而增大并趋于常数,谐振频率随着FeNi基弹性合金长度的增加而减小。     

磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振磁电效应

采用磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种低阻尼的谐振式磁电敏感单元。石英音叉工作在弯曲振动模式,音叉叉指结合区域(底部)产生的应力/应变方向相反、弯矩相互抵消,实际为解耦区域。将底部与磁致伸缩材料粘接复合设计谐振式磁电敏感单元的Q值主要取决于音叉谐振器自身的高Q值,磁致伸缩材料的高磁机阻尼被隔离。动态磁场作用下,磁-机-电转换过程可看作一个受迫振动过程,当激励磁场频率接近于音叉谐振频率时,输出电信号最大。实验结果表明:磁电敏感单元Q值高达5 034;谐振磁电电流系数达到799.2 nA/Oe;在接近谐振频率32.774 kHz信号激励下,磁电电流系数相对偏置磁场变化的灵敏度达到5 (nA/Oe)/Oe。     

磁致/压电/磁致层合材料磁电响应分析

对沿长度方向振动(LT模式)的磁致/压电/磁致(MPM)层合材料的磁电响应进行了理论分析,其中磁致层沿长度方向磁化,压电层沿厚度方向极化.从压电效应和压磁效应本构方程出发,结合材料的机械运动学方程和电路状态方程,重新推导了LT模式下MPM结构的等效电路,完善了文献中的方法,得到了复合材料的磁电电压系数、开路电流、材料内阻、可供电功率与压电、磁致材料各物理参数以及体积参数之间的关系式.以Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层合材料为例,对材料磁电响应进行了数值计算,将计算结果与相关实验结果进行了比较.利用磁电响应仿真结果,对磁电层合材料用于磁敏传感器以及自供电换能器进行了讨论.     

采用复合磁电换能器的振动能量采集器研究

采用Teffenol-D/PZT/Terfenol-D复合磁电换能器,设计了一种新型振动能量采集器.采集器由悬臂梁、磁电换能器和永磁体三部分组成,环境振动引起换能器与永磁体相对运动,使得作用到换能器的磁场变化,变化的磁场引起Tedenol-D产生应变,应变传递到PZT得到电输出.采用等效磁荷理论分析了影响换能器与永磁体相对运动的磁场力;并用林滋泰德-庞加莱法分析了永磁体的非线性运动情况.实验结果表明,在振动激励频率为33 Hz,加速度为0.5 gn时,输出电压峰峰值45.1 V,输出功率112.1μW.     

微压电复合材料超声波探测器的制备及应用

基于微细加工工艺,设计并制备了一种指向性良好的压电复合材料的超声波探测器。该探测器由压电振子、阻尼器、中继板和特高频（UHF）连接器构成。压电振子由4×4个（80μm×80μm×130μm）（长×宽×高）的锆钛酸铅（PZT）压电柱状阵列及阵列缝隙填充环氧树脂而构成。当压电振子施加高频交流电压时,柱状PZT阵列产生纵向伸缩运动,从而产生超声波并向介质辐射。作为填充材料的环氧树脂,能够吸收掉因柱状PZT阵列其他方向振动而引起的噪声,使探测器在纵向上能产生指向性良好的超声波,从而提高了该探测器的灵敏度。测试结果表明,该微压电探测器指向性好,灵敏度高,精度高和抗干扰性好,可应用在泥沙的含水量测量中。     

一种磁电换能器及其能量管理电路研究

设计了一种双弹性基底磁电换能器,实现较宽频带内的交变磁场能量到电能的转换.并设计了电源管理电路,实现长时间内对磁电换能器输出电能的收集,瞬间放电,驱动负载工作.实验表明,这种双弹性基底磁电换能器的磁电响应带宽比单弹性基底的磁电换能器的带宽有所提高.而电源管理电路中的储能超级电容经过一定时间的充电,当其两端电压达到0.5V时,能量瞬间释放电路工作,成功驱动最大功耗为75nlw的无线传感器节点正常工作,工作时长为620ms.     

宽带高效超声波传感器的研究

提出了一种新型的双层压电结构超声波传感器 ,借助于移相电容器的移相作用 ,改变各压电层的激励电压的幅值和相位 ,实现对传感器频率特性的控制 ,从而得到了具有宽频带高效率的超声波传感器 ,为研究宽带高效超声波传感器探索了一条新的途径     

带质量块的微型压电式风能采集器研究

基于风致振动机理的微型风能采集器可以将风能转换为电能,在无线传感等领域具有广阔应用前景.漩涡脱落频率与风速成正比,当漩涡脱落频率与微型风能采集器固有频率接近时,采集器有较高输出功率,因此为了在低风速环境应用风能采集器,需要降低其固有频率.引入质量块可以降低微型压电式风能采集器的固有频率,使其在较低风速下产生较高输出功率...     

硅微压电超声换能器的设计与制作

介绍了一种用ZnO薄膜作为压电层的硅微压电式超声换能器(PMUT).该硅微压电换能器的振动基膜采用LPCVD制作的氮化硅薄膜和PECVD制作的二氧化硅形成的复合振动膜结构.文中运用有限元方法对该硅微压电换能器的结构进行了模拟和计算,并进行了预应力对硅微换能器共振频率的影响的分析.实验测得硅微压电式换能器的共振频率为71.36 kHz.本文还使用该硅微超声换能器在油中进行了初步的共振频率点收发信号的实验,接收实验测得信号峰峰值为9 mV左右,发射实验标准水听器接收信号峰峰值为0.8 mV左右.     

聚焦换能器的研制和在超声特征成像中的应用

为了提高对层状复合金属材料缺陷的成像分辨率,需要用高灵敏度的聚焦换能器.针对我们研制的(F-San)全自动超声特征成像系统,用钛酸铅做压电晶片,不同颗粒度的钨粉做声透镜和背衬的主要材料,研制了主频为10～20MHz宽带窄脉冲聚焦换能器,并用光学法拍摄了主频为10MHz的换能器的超声波声场在水中的聚焦过程及焦斑大小.在对层状复合金属材料检测时,缺陷的成像分辨率达0.5 mm.     

导波激励/接收压电换能器参数检测电路的设计与实现

提出了一种基于π网络零相位法的测量压电换能器谐振频率、反谐振频率和静电容的新方法,并据此设计研制了试验测量装置,对压电换能器的谐振频率、反谐振频率及自由电容等参数进行测量.经过试验测试,该装置可以实现压电换能器基本参数的测量.     

圆片级低真空封装的MEMS压电振动能量收集器结构设计

MEMS低真空封装技术能为MEMS器件的可动部分提供低阻尼环境,降低能量损耗,有效提高器件的能量转换效率,具有重要的研究意义和应用前景,是MEMS技术的研究热点和难点。为了进一步提高MEMS压电振动能量收集器的输出性能,提出了圆片级低真空封装的共质量块MEMS压电悬臂梁阵列振动能量收集器新结构,通过有限元分析方法对器件结构参数进行了优化设计,在优化结构参数下仿真器件输出性能：在610 Hz、2 gn加速度下,器件的输出电压为8.88 V,输出功率为1220μW,能满足实际应用需求;根据器件结构设计了加工工艺流程,对低真空封装结构的实现和封装工艺探索具有重要意义。