半电极压电纤维能量收集动力学建模与仿真

半电极含金属芯压电纤维能将环境振动通过弯曲变形转换成电能。运用分析力学方法建立了半电极含金属芯压电纤维能量收集装置的理论模型,推导了在谐波激励下,经过AC-DC转换后的归一化能量表达形式,分析了能量收集效率受金属芯与压电层的半径比、柔度系数比、压电材料的机电耦合系数及外界激励方向的影响,分析结果表明,当半径比达到2.4,材料机电耦合系数达到0.4,能量收集效率会接近相对最大值。本研究结果适用于压电纤维能量收集装置的分析与优化设计。     

含金属芯压电纤维对Lamb波传感实验研究

含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型的压电功能元件,该文将其应用于超声Lamb波的传感.该文简述了其传感特性、研究现状,建立了一套基于MPF的兰姆(Lamb)波主动监测系统,实验研究并分析了MPF对Lamb波的传感特性.实验结果表明,MPF作为Lamb波传感器是可行的,且其对Lamb波的传感具有很强的方向性,随着Lamb波传播方向与MPF轴向夹角的增大,信号的峰值单调递减.当激励信号频率为160 kHz时,沿MPF轴向激励时信号幅值约为垂直于MPF轴向时的5倍.     

含金属芯压电陶瓷纤维的传感特性研究

压电陶瓷纤维(MPFs)是一种新型的智能材料。该文简述了其几何形状、制备工艺,从理论上分析了其应变传感原理。实验研究了MPFs的准静态、动态应变传感特性。研究结果表明,MPFs传感器灵敏度很高,静态响应的线性度很好,动态响应则有非线性和迟滞现象。最后探讨了MPFs的几何尺寸对传感性能的影响,分析了迟滞现象产生的原因。     

含金属芯压电纤维智能夹层制备与性能研究

基于工程实用性的需要,制备了含金属芯压电陶瓷纤维(MPF)智能夹层并研究了其传感性能。首先设计了融合柔性电路板、MPF元件与智能夹层等先进技术于一体的分布式传感器——MPF智能夹层,并制作了实物样品。通过对理论模型的简化及求解,建立了MPF智能夹层的传感性能表征方法。最后,为了避免常规标定方法带来的结构损伤,提出了自激励标定法,并与常规标定结果对比,最大偏差仅为3.6%。结果表明,自激励标定法准确、可靠,该智能夹层具有优良的传感性能,其传感系数与载荷无关,与理论模型一致。     

悬臂梁电极长度对压电俘能电气特性的影响研究

悬臂梁电极长度是影响压电振动俘能特性的重要因素之一.提出了用能量分布函数描述在振动俘能过程中电场能量与电极占比的关系,并探究了电极占比对电气输出特性影响的本质.指出矩形和三角形悬臂梁获得最大功率的最优电极占比在50%~60%之间,在俘能过程中存在电荷的重新分配,且存在能量损失,在最优电极处能量损失最低,全电极时能量损失较大.仿真和实验结果均表明矩形和三角形悬臂梁的最优电极占比与能量分布函数得到的最优值相吻合,优化电极提高输出功率是可行的.     

四电极含芯压电纤维简谐振动传感特性研究

受到水黾等动物能感知身体振动的毛发感受器的启发,设计了一种能感知外部振动的仿生纤维振动传感器。采用模具干压成型法制备了含铂金芯的压电陶瓷纤维胚体,经过高温烧结、涂镀表面电极、极化后,制成表面四电极含金属芯压电纤维(MMPF)振动传感器。并建立了悬臂梁结构,2对表面电极用作传感电极的传感器理论模型。把纤维固定在基体上,验证传感器对基体结构受到简谐激励的传感性能。结果表明,MMPF能够感知基体结构受到简谐激励的频率、幅值和方向。这种具有感知幅值和方向的仿生纤维振动传感器将有广泛的应用前景。     

PVDF纳米纤维在微流体中的压电能量收集特性研究

供电系统尺寸过大、寿命较短且需频繁充电的问题已成为当前无线传感和物联网领域亟待解决的关键问题。基于压电纳米材料的微型能量收集器件可将环境中富余的机械能高效地转换成电能,构建自供电的无线传感系统。本文采用静电纺丝技术制备高长径比聚偏氟乙烯(PVDF)压电纳米纤维,通过调整静电纺丝过程中前驱体溶液的浓度实现了对纳米纤维压电?物相含量的调控。结果表明,压电?相的含量会随着前驱液浓度的增加而提高,在浓度为0.13 g/m L时达到最大。当浓度进一步增加,?相含量逐渐降低。所得PVDF纳米纤维能量收集器件具有良好的压电发电性能,在外力作用下可产生约1.6 V的脉冲电输出。将PVDF纳米纤维与微流控芯片进行集成,通过采集液滴流动时所产生机械能,实现了连续的动态压电输出,输出电压峰峰值约为0.2 V。这种液相环境中对流体机械能的高效采集有望推动压电纳米纤维能量收集器件在微流控传感系统中的应用。     

锯齿型压电梁的电响应分析

压电振子的工作频带宽度是影响压电振动能量收集器发电效率的关键指标。该文旨在分析一种锯齿型阵列式压电振动能量收集器结构模态频率,为压电振子的动力学设计提供参考。首先,基于弹性梁振动理论,推导了锯齿型压电梁的动力学方程,并分析了影响压电梁模态频率的因素。然后,通过COMSOL建立锯齿形压电梁的有限元模型,分析了其频响特性、功率与负载阻抗匹配特性及加速度依赖性。最后,通过实验研究测试了锯齿型压电梁的电压幅频特性曲线,验证了理论分析与仿真模拟结果的合理性。结果表明,锯齿型阵列式压电振动能量收集器能够有效地拓宽工作频带,进而提高发电效率。     

采用压电片阵列传感进行损伤监测的研究

运用智能材料和智能结构的基本思想,采用压电片阵列对结构的损伤进行监测,通过传感器所得到的结构和动态应变信息来反映结构的损伤程度和损伤位置,从实验结果来看,监测效果比较理想,为今后进一步研究太空柔性结构的健康监测奠定了良好的基础。     

一种利用反射电极偏压的半反半透LCD

介绍了一种VA模式反射电极偏压的常黑单盒厚半反半透LCD。在透射区,形成连续且均匀的贯穿液晶层的电场;而在反射区,电场则主要由电极表面形状控制。由此,可使透射区的位相延迟约是反射区的2倍。这样一种半反半透LCD不论透射区还是反射区都有很高的光透过率(>90%),同时二者灰阶特性重合度也很好。     

光纤阵列自动测量系统的研制

该系统依靠计算机图像处理和识别技术,应用高精度的运动平台,结合光栅尺的反馈数据,识别并测量出光纤阵列各个纤芯的位置,从而计算出纤芯与纤芯间的相对距离,实现自动测量,其测量精度可达0．1μm。并自动分析和输出测量结果供生产监控,极大地提高了测量精度与生产效率,实现了光纤阵列检测的自动化。     

压电双晶片阵列式直线驱动器的设计与研究

基于压电双晶片提出一种新型准静态直线压电驱动器,可通过阵列的方式获得所需机械输出力,结构简单,性能稳定,可控性强。利用有限元软件对驱动器结构进行设计与分析,并加工制造了该驱动器的物理样机。最后通过实验发现,当驱动频率为500~2 100Hz时,驱动器可直接输出直线运动。当驱动频率为1 100Hz,驱动电压峰-峰值为200V,预紧力为1.5N时,该驱动器最大输出速度可达95mm/s,最大输出力为0.7N。     

压电能量收集中储能器件的研究

目前压电振动能量收集成为微能量领域的研究热点.由于收集的能量较小,因此需要储能器件把收集的能量存储起来以便为电子元件供电.比较了常用的储能器件,包括电阻、电解电容器、超级电容器和可充电电池.研究了这些器件的充放电特性和应用状况,比较了这些器件的优缺点,结果发现,超级电容器可在低压状态下为电子元件有效供电,适合在压电能量收集中推广应用.     

直管谐振式低频压电声能量回收系统

为了高效回收环境中的声能,基于阵列式压电换能器、直管谐振腔以及能量回收电路提出了一种声能量回收系统.当声波进入直管谐振腔,管中产生谐振驻波作用于压电换能器,将声能转换为电能.本文设计了能量回收电路并且进行理论、仿真分析实验研究了压电振子数量、声波频率、声压级对输出电压的影响,分析了负载电阻对输出电压及功率的影响.实验结果表明,该装置可回收不同频率的声能量,在声波频率为96Hz时发电效果最优.当入射声压级为110dB时,不使用能量回收电路,输出交流电压有效值最高达12.9V,输出交流功率最高达到799μW;使用设计的能量回收电路,最高输出直流电压为64.2V,最高输出直流功率为473μW.该声能量回收系统不仅可以作为声能量采集器,还能对无线传感节点等独立工作的微型电子系统供能.     

光纤激光相控阵技术的通信研究

提出了利用光纤激光相控阵技术组建全光组网的新方法。且远场栅瓣的存在不仅缩小了光束的扫描范围,还分走了大量主瓣的能量,缩短了通信距离。文中还提出了通过改变阵元间的间距来达到消除栅瓣的目的,完成了相应的仿真工作,并通过实验验证了利用相控阵技术进行通信的可行性。