基于PVDF的新型高速公路压电动态称重传感器

针对高速公路车辆超载严重的问题,提出了一种以压电薄膜聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)为敏感元件的新型高速公路压电动态称重传感器。分析了该新型传感器的工作原理,采用有限元分析软件ANSYS建立了传感器的机-电耦合模型,模拟得出了单片PVDF、双片PVDF串/并联情况下产生的电荷量。针对该传感器设计了一种简单调理电路,使PVDF的高阻抗输出变为低阻抗输出,并对所采集的电信号进行有效的放大。为验证该压电传感器方案设计的可行性,进行了室内试验和小型乘用车现场动态实测。试验结果表明,压电传感器具有较高的灵敏度,可以对车重进行实时检测和数据分析。

φ1.8mm棒状压电陶瓷微马达的研究

提出一种低成本、结构简单 ,直径为 1.8mm的摆头式棒状压电微马达。阐述了压电微马达的驱动机理、部分制作工艺及工作特性。该压电微马达的换能激振部分采用外形尺寸 1.8mm× 8mm的压电陶瓷圆棒 ,马达整体装配外形尺寸 1.8mm× 12 mm ,质量不足 0 .2 5 g,稳定工作频带宽 ,约为 3k Hz,最高空载转速不低于5 0 0 r/ min。

超声波马达在美国的发展

基于参考文献和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络查询，提出超声波马达在美国的最新研究与主要方向。研究包括：微型超声波马达、具有新颖结构的压电驱动器、超声波马达的使用寿命、超声波马达在太空环境中的应用研究等，这些方面已引起学者们的极大关注。这些重要的研究跨及航天、海洋、军事和民用领域。

行波型超声波电机及其速度控制特性的研究

超声波电机是一种新型摩擦驱动器。由于它是利用压电陶瓷的逆压电效应形成的弹性波作为激励源，所以，该电机同传统的电磁式电机相比，具有小型轻量、无电磁干扰、响应速度快等特点，是微机械、医疗器械、航天航空等领域中理想的驱动器。本文阐述了行波型超声波电机的工作原理，并研制出直径４０ｍｍ的旋转式行波超声波电机的实验样机，作者分析了该样机的速度控制特性，提出ＰＷＭ是行波超声波电机理想的控制方式。

环形行波压电马达振动模式仿真与测试

采用Matlab6.0工程分析软件数值解析获得 45mm环形行波压电马达的振动模式,并用POLY-TEC-300扫描激光多谱勒技术测试了试样表面的微观振动,获得了有关样品在不同振动模式下定子表面的振动位移以及振动模态信息,为深入研究压电电机的工作机理及优化样品的结构提供了重要的实验依据。

一种新型中空结构的行波压电电机

制备了一种新型中空结构的行波压电电机,其定子外径62 mm,内径30 mm,高45 mm,质量约200 g。定子正面由齿单元构成,背面与P4压电材料粘接。定子采用(0,9)振动模式,在电压有效值为60 V、频率40.2 kHz下其空载转速为28 r/min,最大输出载荷0.07 Nm。中空结构的压电电机主要用于对图像的聚焦调节、伺服阀控制或其他需要将被执行机构置于电机内部等场合。

压电超声微马达的研究

介绍了压电超声微马达在国内外的主要研究成果 ,比较了各类型微马达的优缺点 ,提出了作者发展压电微马达的几点建议。

采用双晶片驱动的棒板结合式压电驱动器设计(英文)

设计制作了一种采用双晶片压电陶瓷结构的棒板结合式压电驱动器。和参考文献中的驱动器不同,其两个压电陶瓷片分别粘接在青铜定子的上下两侧。定子上的金属圆柱体被用来放大振动的横向位移,并对金属棒状的转子进行激振,使其旋转。利用有限元分析(FEA)对定子进行了分析,发现在同样的驱动模式下,与传统的单片陶瓷片驱动器相比,该驱动器可以提供更多的横向和纵向的振动位移,大约提高25%左右。这种新结构也可避免不同振动模式之间的模态耦合现象,并产生理想的振动模态,以提高驱动器的运行稳定性。实验表明,驱动器在25Vo-p低电压下可以提供512r/min的转速,而单片陶瓷驱动器在该电压下不能工作。这种压电驱动器可以经过优化和调整来满足不同的实际应用,如精确定位仪器,生物工程和光聚焦系统等。

圆板型压电行波马达及振动解析

依据克希霍夫薄板四点假设建立求解圆板状行波马达定子特征频率参数及其主振型的线性方程组，采用Ｍａｔｌａｂ５．２工程分析与数值计算软件，利用行列式搜索算法精确求解了定子复合板内、外径比分别为０．１、０．３、０．３５、０．６，对应不同振动模式时的特征频率因子及其主振型，并进一步利用牛顿插值法详细解析了马达定子在各阶振动模式下横向幅值的分布以及板面能量的分布情况，为马达定子的优化设计提供了理论依据，并根据数值分析结果总结出超声马达振动模式的选用原则．

国内压电陶瓷声马达的研究现状

综述了国内部分压电陶瓷声马达的研究发展情况,指出其产品开发所面临的困难,并提出今后需要进一步解决的一些关键问题。

国外压电陶瓷声马达的发展近况

压电陶瓷声马达是一种利用压电陶瓷基片或薄膜、电致伸缩材料等功能部件实现驱动的新型驱动器,它不同于传统的电磁马达和静电马达,国外已经在精密仪器、航天航空、自动控制、办公自动化、微型机械系统、微装配、精密定位等领域得到了实际应用。总结了国际上压电陶瓷声马达的最新研究内容及成果,并提出进一步开发研究的几点建议,这对我国压电陶瓷声马达的研究以及相应产品的开发将起到积极的促进作用。

超声马达定子齿运动模型的建立

超声波马达作为一种新型的小马力电机已引起科研人员的极大关注．本文中，作者利用解析法建立了行波型超声波马达定于齿的运动学模型，这对进一步研究转子与定子间的接触模型是至关重要的．同时，我们采用有限元法研究了马达在各阶振动模式下接触点位移、马达共振频率与齿高的变化规律，发现齿高在从３ｍｍ到９ｍｍ的区间变化时，对接触点圆周方向的位移影响较大，特别是在高阶（９，０）振动模式下，而径向位移在齿高６ｍｍ左右时基本趋于饱和。我们依据齿的运动数学模型研制出一种新型的三维接触式超声波马达．

换能器式直线超声马达及其实验测试

提出了一种新型换能器式直线超声波马达．该马达具有结构和驱动简单、可方便地实现正反向运动等优点。实验样机的性能参数如下：共振频率２１．４６ ｋＨｚ，预紧力 ３．２ Ｎ下对应的最大速度 ４００ ｍｍ／ｓ，预紧力 １．６Ｎ时对应最大推力为 ２．１Ｎ。研究中利用仿真软件ＭＡＴＬＡＢ计算出质点的几种典型运动轨迹，并从理论与实验两方面分析了两路电信号相移的变化以及两相换能器振动幅值的变化对椭圆运动行为及输出特性的影响。

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。

一种新型固态摩擦驱动器

设计和装配了一种新型固态摩擦驱动器（具有对称双面齿和压电陶瓷结构的行波型超声波马达）的实验样机。该样机提供一种新颖的对称式双面设计结构，实现将材料点的椭圆形运动轨迹耦合到两个独立的接触表面，本质上，增大了马达输出力矩的能力。新型马达具有小型量轻、响应速度快、无电磁干扰、力矩波动小、高的力矩密度和输出端不需要齿轮降速机构而直接实现驱动等特点。阐述了新型马达的工作原理，用有限元法（ＦＥＭ）分析了马达振动体部分的各阶振动模态和相应的固有频率，分析中计入了压电陶瓷的压电效应对模态和频率的影响。采用ｖｏｎ－ｍｉｓｅｓ法获得了振动体２Ｄ和３Ｄ动态变形分布和应力分布，数字计算优化了马达的结构形式。

压电行波马达的孤极反馈频率跟踪技术

提出利用定子陶瓷的孤极反馈来完成行波马达的闭环控制 。

板状行波马达简化电学模型的建立

提出一种利用具有等同振动特性的１／２波长马达定子来建立圆板型行波超声马达电学模型的方法，该方法结合马达定子复合板振动模式的特点，直接利用哈密顿原理对行波型马达定子的等效电路进行精确求解。模型反映了行波马达形成机理，同时计入了马达高阶非轴对称振动模式、齿的结构尺寸、压电陶瓷各向异性等要素。利用该方法可求解行波型马达在各阶常用振动模式下的静态电容、动态电容、动态电感、动态电阻、等效输入阻抗等电学参数，与实验测试达到了很好的一致性。

换能器式直线超声马达

提出了一种仿行波双向超声波直线马达。该马达具有结构和驱动简单 ,可方便地实现正反向运动等优点。在分析了该马达基本原理的基础上 ,研制了试验样机。样机的性能参数为 :激励频率 2 1.46 k Hz,预紧力 3.2 N时对应的最大移动速度为 40 0 m m / s,预紧力 1.6 N时对应最大推力为 2 .

喷墨打印头陶瓷喷孔的皮秒激光加工研究

喷墨打印头的喷孔直径一般为几十微米,材料一般是有机薄膜、不锈钢薄片等。针对有机膜等作为喷嘴板材料的缺陷,采用氧化锆陶瓷代替,以提高耐磨能力和耐腐蚀性。采用皮秒激光打孔方法,可在多种材料上加工出直径几十微米的小孔,包括聚酰亚胺(厚度50μm)、氧化锆陶瓷(厚度120μm)和铜片(厚度70μm)。通过控制不同的参数变化,可制备出孔径约20μm、孔间距为140μm的喷孔阵列。对比不同参数下喷孔尺寸和微观形貌发现,较高功率密度、较低单点停留时间有助于得到圆孔,减少重铸层。

多自由度多层压电陶瓷微操纵技术的理论模拟

压电陶瓷具有简单、体积小、质量轻、分辨率高等优点,在微操作器驱动中是主流材料。针对一种三自由度多层压电陶瓷微操纵技术进行了理论模拟研究,采用有限元法分析了操纵器在不同驱动方式下的工作状态,如:沿Z轴平动、绕X轴和X-Y轴平分线转动3种情况。研究了陶瓷片内部应力特点,并对微操纵的变形行为作了定量分析,得到了探针的位移与驱动电压呈现良好的线性关系,通过对比针尖位移量与所施加的电压之间的系数D以及压电材料关键性能参数d33,验证了模拟的准确性,并验证了采用多层压电陶瓷降低驱动电压实现微操纵的可能。