新型压电微喷的研制

介绍了一种能够实现微量样品精确供给的压电微喷。该微喷利用压电陶瓷围成液体腔,通过厚度切变振动产生压力波,使液滴喷射。从理论推导、有限元模拟、实际测量三个方面研究了微喷的性能,三者得出的谐振基频基本吻合,从而验证了理论设计和有限元优化的正确性。该微喷工作稳定,施加一个驱动脉冲,只会产生一次喷射。当驱动电压为40 V时,最大喷射距离为3 cm,喷出液滴的体积小于1 nL。     

压电驱动阵列微喷的加工及实验研究

介绍了一种基于微电子机械系统（MEMS）技术的阵列微喷的加工和实验结果。利用微细加工技术，在硅片上制作了上千个直径够5～20μm的微喷孔阵列。该微喷以压电效应为驱动方式，通过压电片振动所产生的压力使液体从微喷孔中喷出。具有所产生的液滴直径和速度分布集中，无热效应的特点。采用激光相位-多普勒粒子分析（PDPA）系统对不同工作条件下液滴的直径和速度进行了研究。     

真空微电子二极管及微位移传感器的研究

首次用电荷模拟法计算了真空微电子二极管及真空微电子微位移传感器的场致发射阴极与阳极间的电场分布,进而计算了真空微电子二极管的电流一电压特性和微位移传感器的电流——位移(即阴、阳极间距)的关系曲线。模拟了两种结构的场致发射阴极:圆锥形和劈形。并用测试精度可达4nm 的水槽法模拟实验对计算结果进行了验证,理论计算与实验结果符合地很好。     

基于撞针原理的高粘性微喷系统的设计与分析

为了实现对高粘性微量液滴的高效率喷射,研制了一种基于撞针原理的非接触式微喷装置。采用压电陶瓷作为驱动装置,再利用菱形放大机构进行微位移放大,采用有限元软件对菱形放大机构进行静、动态特性分析,确定喷针和喷嘴的配合形式及相关尺寸,然后利用MATLAB软件进行动力学方程的求解,仿真结果显示,喷针的位移和速度均满足喷射条件,最后针对5～10Pa.s粘度的液体进行了微喷实验。实验结果表明:该微喷装置可稳定地实现胶液的喷射,输出流量随着驱动电压的增大而增大。     

压电惯性驱动器理论分析与应用测试

为了探究压电驱动器的输出性能及提高压电驱动机构的性能,该文对“十”字型压电惯性驱动器进行了理论分析与应用测试。首先说明了驱动器结构组成与驱动机理;然后利用弹性力学理论对驱动器进行了理论分析,得出驱动器弹性振动位移表达式,给出了影响驱动器性能的影响因素;最后对驱动器进行实验应用测试,将其用于驱动盲文柔性点显装置。结果表明,该驱动器能较好地实现系统驱动,放大柔性薄膜凸点的位移输出,柔性薄膜触点凸出明显,性能良好。验证了用这种压电惯性驱动器实现系统驱动是可行且有效的。     

从激光二极管自混合干涉信号重建振动信号

激光二极管(LD)自混合干涉用于振动测量的关键技术之一是从自混合干涉信号重建振动信号.用整形后的自混合干涉信号驱动模拟开关,开关电容做电荷转移来实现频率电压变换,用振动的激励信号驱动模拟开关让电容充电电源随振动的相位变化做倒相变换,从激光二极管自混合干涉信号中还原振动信号.还原出的信号的振幅与振动的振幅成正比,还原出的振动信号的波形与振动激励信号的波形一致.只要能从自混合干涉信号实时自动地提取外腔振动的周期及相位信号,该频率电压变换方法可以用于重建任意振动的信号.     

压电驱动微型喷雾器的研究

研究开发了一种压电驱动微型喷雾器。利用微机械加工技术,制作微米级的喷孔阵列,基于喷墨打印机原理,微喷换能器采用压电驱动方式在其较高阶谐振状态下工作。实验分析了这种微喷换能器的阻抗特性、谐振状态下振动特性以及微型喷雾器的工作性能。实验结果表明,这种喷雾器喷出的雾滴直径大小集中,工作稳定且容易控制喷雾量。     

微机械圆盘谐振器的仿真分析及等效电路

通过对径向振动圆盘的机械振动方程进行分析,将机械振动的分散参数集总化,提取出机械集总参量并通过机电类比的方法将集总化的机械参量类比成电参量,建立起径向振动微机械谐振器的电参数模型。利用ANSYS软件对径向振动盘式微机械谐振器进行模拟,提取出谐振频率和振动位移,并以此为基础计算出等效质量及阻尼和刚度的数值,进而通过机电耦合系数求出电参数值。以所提取的电参数为依据,分析了谐振器的结构对谐振器的等效阻抗的影响。谐振器的等效电路及分析结果将成为后续结构和驱动电路设计的出发点。     

基于能量法的微驱动器静电弹性耦合分析

以微泵静电驱动结构为例,基于静电和弹性薄板理论,应用瑞利-黎兹能量法建立了周边固支边界条件下,静电驱动圆膜弯曲振动的谐振频率及相应振型的理论模型。位移振形的模态分析及频率计算结果均表明该计算实例的谐振频率为635Hz,为微驱动器的设计及控制提供了理论依据。     

光弹调制器的振动分析与实验

研究了长度伸缩振动的光弹调制器的工作原理并进行振动分析。各向异性的压电石英在驱动电压下振动,当驱动方波信号频率与两块晶体的本征频率相匹配时,与压电石英用硅橡胶柔性连接的熔融石英随之共振,在两块晶体中传播的是同频率的纵驻波,光弹调制器整体作一维长度伸缩振动。将光弹调制器的振动等效为有阻尼的弹簧-质量块系统进行理论推导,得出振幅表达式,振动位移与驱动电压和光弹调制器的品质因数Q值成正比。最后通过有限元仿真与测振实验测量自制的光弹调制器的振动特性来验证推导的正确性。     

微射流压电气喷的仿真计算及性能测试

针对具体的微射流压电气喷器件进行了仿真和实验测试，通过阻抗谱分析得到压电气喷器件对应前两阶轴对称振动模式的频谱特性，有效实现压电气喷器件与驱动电路的最佳阻抗匹配，为获得最佳的气体喷射提供了基础条件；利用激光扫描多普勒技术分析了压电结构的振动模态、表面速度、位移幅度分布，并与有限元数值仿真结果做了比较取得了很好的一致性。     

在压电谐振基波附近的压电应变研究

本文根据PZT压电陶瓷的压电与弹性特性,应用谐振理论对其压电基波频率附近的压电位移作了计算;另一方面,采用一种高频激光双束干涉仪,测量了压电位移的位移量。其实测值和理论计算值是一致的。     

智能机械臂的压电半主动振动控制

以在半主动控制领域具有良好应用前景的压电元件为基础,在受控机械臂上粘贴压电陶瓷(PZT)片,运用基于压电分流阻尼的振动被动控制和基于同步开关阻尼(SSD)技术的半主动控制理论,消耗机械臂振动的机械能,减小结构振动的位移幅度,从而达到振动控制的目的.     

基于压电陶瓷作用的气体主轴抑振研究

针对空气静压主轴气膜刚度不高,在工作中易受自身及外部激励的影响,从而产生不平衡振动的现象,设计了一种基于压电陶瓷的可控空气静压径向轴承,研究了压电陶瓷的相关特性。结合气体主轴建立了轴承转子压电陶瓷的耦合模型,并在此基础上建立了基于扩张观测器的滑模控制器,同时将压电陶瓷综合控制器串联其中,在限制条件内利用控制器使压电陶瓷挤压气膜为主轴提供有效的主动控制力,从而抑制空气静压主轴的振动。研究结果表明,利用压电陶瓷对空气静压主轴系统的振动进行抑制取得了良好的效果,对于主要控制点可使其振动位移减小99.17%,对于次要控制点均有不同程度的减振效果,最多可减少94.36%。     

用于微振动主动控制大位移压电堆驱动器设计

首先对压电堆驱动器的静态驱动特性进行了系统的理论分析,为压电堆驱动器的结构设计奠定理论基础。在此基础上,对压电堆驱动器的动态驱动特性及其结构模态等的测试方法进行了研究,从而为压电堆驱动器有效的应用于各类微振动主动控制系统奠定基础。最后设计并制作了一台大位移压电堆驱动器,对其各项性能进行了理论计算和实验测试,结果达到了预期设计要求,并成功应用于某微振动主动控制系统中,取得了良好的主动振动控制效果。     

激光光纤测振仪测量多层压电变压器的振动

多层压电变压器具有体积小,质量轻,效率高等特点,具有许多重要的应用领域。本文首次采用目前国内外最先进的激光光纤测振仪测量了多层压电变压器的谐振特性和振动位移情况,为多层压电变压器的设计和研究提供了一种非常有效的测试技术。     

复合材料结构与表面压电材料动态布局优化

针对简谐激励作用下的复合材料结构,通过优化结构的铺层、纤维铺设角度和铺层材料及优化结构表面压电材料的分布,实现了最小化结构振动响应。将压电材料的压电效应等效为压电感应力作用。应用离散材料优化(DMO)法对压电复合材料结构进行建模,以结构局部位移响应为优化目标函数,给定质量约束,建立优化问题模型,并使用移动渐近线法(MMA)求解优化问题。数值算例结果表明,该优化设计的振动响应明显小于初始设计的振动响应,说明该优化方法的有效性。     

PVDF传感器的设计及在振动测量中的应用

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种新型压电高分子材料，它具有独特的压电效应，近年来广泛用于振动控制领域。文中通过设计正弦和余弦形状PVDF传感器，用于测量振动参数。并以测量一维悬臂梁的位移和功率流为例进行了证实，结果表明PVDF传感器测量更方便、应用更广泛，因此可在振动参数的测量中加以推广。     

随机环境下新能源汽车能量回收装置的研究

对于高耗能且现在数量不断增长的新能源汽车来说,如何确定随机情况下汽车各部分具体的振动情况,从而合理的选择与压电能量回收装置进行配合来回收振动能量成为前沿研究课题,应用强大的动力学分析软件,采用白噪声输入激励,对整车进行随机路面行驶仿真分析,得到当汽车行驶在H级国际标准路面时,汽车左前悬下悬臂的振动较强,最大振幅为3.5mm,应用经典压电悬臂梁进行有限元分析得出当在自由端输入3mm的位移载荷时,压电片最高可产生3V电压。合理设计压电悬臂梁与汽车左前悬下悬臂的结合。振动回收的电能足够为汽车小型低功率用电器供电。     

利用激光干涉技术研究压电换能器的谐振特性

介绍了压电超声换能器的基本结构及振动模态，利用先进的激光多普勒干涉仪对自制换能器的谐振特性以及振动速度和位移分布进行了测量和分析，并与有限元分析的结果进行了对比，实验表明，实验测量模态结果与有限元分析结果基本相符，激光多普干涉技术是一种直观研究压电超声换能器振动的有效手段。通过有限元分析和先进测量手段的结合与对比，对换能器的设计和制作具有指导意义。