压电陶瓷变压器的发展——回顾与展望

文章简要介绍了压电变压器的工作原理 ,给出了压电变压器几个重要工作特性的数学表达式 ,并对压电变压器的发展过程进行了简要的回顾。在此基础上 ,文章着重对压电变压器在研发过程中所涉及的五个方面的问题进行了详细的探讨与说明 ,作者讨论了压电变压器等效电路模型的改进措施及压电变压各个特性的研究状况 ,分析和对比了各种用于制作压电变压器的压电材料的优缺点及其性能的改进方法 ,探讨了各种振动模式作用于压电变压器的效果 ,总结了压电变压器的制作工艺及结构对其特性的影响效果 ,给出了压电变压器的具体应用的例子 。

振动模态对压电发电机陶瓷片粘贴位置的影响

通过对压电单晶悬臂梁振动发电机陶瓷片建模及理论计算,分析了一阶振型与二阶振型状态下陶瓷片不同贴片位置与振动发电机发电能力的关系,利用欧拉伯努利梁模型并通过电机开路电压、短路电流及LED照明试验,得到了最佳贴片位置。试验表明在一阶模态时,陶瓷片贴于悬臂梁根部的电机能够获得最大的发电量,对4种不同贴片位置电机的发电试验显示,陶瓷片贴于根部的电机其开路电压及短路电流分别是其他电机的4倍以上,驱动的LED功率为其他电机的10倍以上。而对于二阶振型,陶瓷片贴于悬臂梁中间位置的电机发电量最大,贴于根部位置的电机次之,6种不同贴片位置电机的发电试验表明,前者开路电压、短路电流分别为后者的1.2倍和1.9倍以上,两者驱动的LED功率相差1.4倍以上。试验结果与计算结果均表明:一、二阶模态时悬臂梁最佳贴附位置分别是根部和中间位置,设计时需根据不同振型选择陶瓷片最佳粘贴位置。

用于计算机磁头驱动的新型直线超声电机

提出并设计了一种用于计算机硬盘磁头驱动的新型矩形压电复合板直线超声电机,并详细地给出了它的结构组成和运动机理分析。该直线超声电机利用了矩形板面内两种弯曲模态的合成,通过对复合振子的合理设计使两弯曲模态频率趋于一致,并通过改变驱动信号的相位差实现电机的往复直线运动。它除了具有直线超声电机的共同特点外,还具有自身的薄、小、轻、驱动力大等突出特点,可直接应用于计算机硬盘磁头驱动等外设装置中,以及其他需要高精度定位和快速响应的直线运动系统中。

基于滑模控制的悬臂梁振动控制实验研究

文章首先介绍了滑模面和控制函数的选取,然后用Matlab/Simulink建立基于滑模控制的仿真模型,通过实时仿真系统dSPACE实现仿真模型与实验硬件装置的连接.采用压电陶瓷传感器采集悬臂梁振动位移,控制器输出经压电陶瓷驱动器对悬臂梁进行振动控制,控制目标是获得短的调节时间,并减小滑模控制常有的抖振.实验结果表明,设计的滑模控制器对悬臂梁的振动具有很好的抑制作用.

压电陶瓷变压器研究和发展现状

概述了压电陶瓷变压器的原理和分类 ,介绍了各种振动模式的压电陶瓷变压器。并重点叙述了两种电极设计精巧的压电陶瓷变压器。对体型和膜型压电陶瓷变压器的研究进展现状进行了分析。

双振子自走型直线超声电机的研究

设计了一种双振子自走型直线超声电机,电机的定子由2个同轴的对称布置的弯曲摇头型振子和中部带细颈的柔性振动块组成.2个振子的弯曲振动会激励出中间振动块的摇头振动,使驱动头上的质点产生椭圆运动轨迹,与导轨摩擦接触产生自走直线运动.测量得到定子上振动块的局部弯曲共振频率为20792 Hz,定子的弯曲共振频率约为40420 Hz.仿真发现,以振动块的局部弯曲共振模态作为工作模态能够得到更大的振幅.实验结果表明,在该模态频率下,电机可以提供较大的驱动速度,发热很少,较长时间工作仍旧稳定可靠,故被选作工作模态.在40420 Hz附近电机能够驱动,但是振子发热严重,不易稳定工作.当两相驱动信号的频率为20.8 kHz、相位差为90°、驱动信号电压的峰峰值为138 V时,电机的驱动速度达到598 mm/s,电机的最大驱动力达到1.94 N.

BNKLT无铅压电陶瓷梯形中频带通滤波器的研制

利用发明的[Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5]TiO3(BNKLT)系无铅压电陶瓷,采用全电极径向振动模式制作了插入损耗小于6 dB,阻带损耗大于30 dB,频率特性曲线平滑,并具有良好选择性的中频(IF=460 kHz)多节带通滤波器。与含铅压电陶瓷多节滤波器相比,BNKLT无铅压电陶瓷滤波器的特性有待进一步改进。

压电陶瓷驱动机抖激光陀螺抖动特性仿真分析

二频机抖激光陀螺由于静态锁区和动态锁区的客观存在,要求光学谐振腔体不仅要绕敏感轴作正弦抖动,还要按一定的随机规律改变抖动幅度。二频机抖激光陀螺捷联惯导系统机械结构较复杂,很难通过解析法求解其振动特性,采用有限元法对二频机抖激光陀螺抖动特性的仿真方法进行研究。对激光陀螺的关键点进行激光测振实验,对激光陀螺的输出信号进行了高频采样;并对所得采样数据进行功率谱分析,证明了仿真方法的正确性。采用该方法对激光陀螺工作状态进行动力学仿真,可获得工作状态下任意位置的动力学参数,对分析激光陀螺及捷联系统因抖动而产生的误差有重要意义。

压电陶瓷矩形薄板振子的弯曲振动研究

在矩形薄板四边自由及简支两种边界条件下，导出了振子共振频率方程的解析表达式，研究了弯曲振动压电陶瓷矩形振子共振频率与其振动模式、几何形状及尺寸之间的相互关系．矩形截面压电陶瓷细长棒的弯曲振动以及细长条矩形振子的条纹模式弯曲振动，可以由本文理论直接导出．实验结果表明。

压电陶瓷的组合结构对直梁弯曲模态的影响

利用ANSYS软件分析了压电陶瓷的组合结构对梁的固有频率的影响,给出了数值计算结果。结果表明:压电陶瓷极化方向对固有频率的影响很小,可以忽略不计;陶瓷片粘贴误差、电极空间相对位置对梁的固有频率有一定的影响;压电陶瓷电极间距离对梁的固有频率有较大的影响。

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%。

低频窄带压电陶瓷滤波器材料的研究

采用传统的压电陶瓷制备方法,研究锆钛比(r(Zr/Ti)、掺杂、烧成工艺对低频窄带Pb(Zn1/3Nb2/3)x(Sn1/3Nb2/3)yTiAZrBO3四元系压电陶瓷性能的影响,并研究压电振子的杂波抑制方法。结果表明,r(Zr/Ti)为0.71,w(MnO2)=0.5%时,材料的性能达到最佳:机械品质因数Qm=2 600,机电耦合系数k15=0.43,频率温度系数τf=29×10-6/℃;倒去振子两对角的棱角,可以有效地抑制低频厚度切变振动模式的杂波。

BNKLT无铅压电陶瓷中频滤波器的研制

采用本组发明的[Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5]TiO3(BNKLT)系无铅压电陶瓷,研制了单片式中频陶瓷滤波器。该体系陶瓷具有较高的使用温度,在160℃以上仍具有较强压电性。利用此体系材料,采用轮廓振动模式,制作了插损约为3 dB,中心频率约为530 kHz,带宽约为8.8 kHz,左、右选择性均良好的无铅压电陶瓷单片式中频滤波器。除中心频率以外,各项指标均与村田公司同类含铅陶瓷中频滤波器(SFU系列)产品相当,具有良好的应用前景。

低速风洞试验模型振动主动控制技术

风洞试验悬臂梁结构的尾部模型支撑系统在风载激励下会产生振动,振动会威胁试验安全,影响试验结果。为抑制模型及支撑系统振动,本文研究了一种主动抑振控制系统并取得应用。其中,抑振系统执行机构采用压电材料,控制系统采用自适应内模控制算法。对自适应内模控制算法的结构和工作原理进行了分析,介绍了训练模式下模型参数辨识和试验模式下控制参数的自适应调整过程,建立了基于自适应内模控制算法的控制系统。在地面模拟台采用信号发生器模拟系统激励,作为控制系统输入,验证了控制算法。结合风洞试验,在实际工况下验证了系统的控制效果。结果表明,采用基于自适应内模控制算法的振动主动控制系统,可以将模型振动减小70%以上。

高频压电陶瓷滤波器的研制

介绍了一种高频压电陶瓷滤波器的制造及其所用材料,这种采用双重能阱模式的陶瓷滤波器是用掺Ce和Mn的Pb(Zn1/3Nb2/3)(ZrTi)O3压电材料制造的,具有插入损耗小,阻带衰减大和温度稳定性高的特点。

提高振动发电机充电效率实验研究

为提高压电单晶悬臂梁振动发电机充电效率,建立集能量捕获存储于一体的振动发电储能系统,测试了同一规格陶瓷片贴于梁不同位置发电机的发电与充电性能,试验发现:在一阶与二阶振动模态下,各存在一个最佳粘贴位置可使发电机充电效率得到显著提高。在一阶模态下,陶瓷片贴于悬臂梁根部时,发电机充电时间最短;对于二阶模态,陶瓷片贴于梁中间位置的发电机充电最快,并可使电池获得更高的电压。在不同模态下,提高发电机充电效率的一个有效方法是改善陶瓷片贴片位置。

压电陶瓷在锥形圆筒振动主动控制中的应用

锥形圆筒结构被广泛应用在船舶、航天器等工程系统中,减小其振动具有重要意义。以单端固定的锥形圆筒为研究对象,将压电陶瓷粘贴在圆筒表面分别作为传感器及作动器组成减振装置。通过有限元方法得到结构固有频率及振型信息,并采用模态实验分析对仿真结果进行验证,仿真及实验结果相一致。根据结构的振动特性,设计多模态模糊滑模控制器对锥形圆筒各阶模态振动分别进行主动控制研究,得到时域及频域下实验结果,对比实验结果表明减振方法的可行性。

用RC电路测量并分析介电频率谱

介绍了用自搭式RC电路测量电介质介电频率谱的方法,并对样品PZT5介电谱的两个谐振峰做了分析.与精密的阻抗分析仪的测量结果相比较,证明该实验方法可行.

基于剪切振动模态的弯张换能器研究

为探索压电材料剪切振动模态在弯张换能器上的利用方法,提出了一种新型的换能器结构。通过金属弯曲外壳和梯形过渡结构,将压电陶瓷产生的剪切振动转化为金属壳体的弯张振动,实现声辐射,同时提高声辐射面积。利用有限元仿真和实验测试验证了该结构的可行性。研制了换能器样品并对其进行水下性能测试。测试结果表明,换能器在辐射面积为120 mm×240 mm时,在谐振频率101 kHz处最大发射电压响应达到158.3 dB,工作带宽为86~114 kHz。接收灵敏度为-197 dB,-3 dB下接收信号带宽最大可达48 kHz。

PbTiO_3压电陶瓷掺杂改性研究

为了获得适用于剪切振动模式的钛酸铅(Pb Ti O3)压电陶瓷材料,通过XRD、SEM等实验与分析,研究了不同掺杂元素Ca、Co、W、Mn和掺杂量对Pb Ti O3压电陶瓷材料性能的影响。结果表明,掺杂后得到的改性压电陶瓷配方为Pb(1–x)Cax Ti(0.96–y)(Co0.50W0.50)0.04Mny O3,当x=0.24,y=0.025时,其相对介电常数εr为200,K15为35%,Qm为1 000,频率变化率小于±0.15%(–40^+85℃),适用于剪切振动模式。