改性PZT陶瓷的大场诱应变效应

研究了改性锆钛酸铅（ＰＺＴ）陶瓷材料的场诱应变性能与组成的变化关系。结果表明，材料组成选取既位于９０°畴成份占较大比例的菱方相，且处于机电耦合特性较强的相界处，同时采用适量的等价离子Ａ位取代以及适量的Ａ位和Ｂ位施主掺杂，有利于实现大场诱应变小滞后特性。

BiAlO_(3)掺杂PZT陶瓷的高压电性能和低电场应变滞后

铅基压电陶瓷因其优异的压电性能,被广泛应用于压电器件。其中,压电驱动器要求压电陶瓷具有较高压电性能并且在电场下具有较高的电致应变和较小的应变滞后。本研究通过施主-受主共掺,得到高压电性能和低电场应变滞后的PZT陶瓷。采用传统固相反应法制备了(1-x)(Pb_(0.95)Sr_(0.05))(Zr_(53)Ti_(47))O_(3)-x BiAlO_(3)+0.2%MnO_(2)陶瓷(掺杂量为质量百分数),并对其微观结构和压电性能进行了研究。结果表明:BiAlO_(3)掺杂量较少时,陶瓷中缺陷偶极子的“钉扎”效应使得陶瓷畴壁转动困难,陶瓷压电性能较弱,应变滞后也较小。随BiAlO_(3)掺杂量增加,缺陷偶极子“钉扎”效应减弱,陶瓷的压电性能和应变滞后随之提高。本实验得到的性能最优组分为x=1.75%,该组份陶瓷的压电系数d_(33)=504 p C/N,机电耦合系数k_(p)=0.71,机械品质因数Q_(m)=281,居里温度T_(C)=312℃,在10k V/cm电场下的应变滞后仅为15%,并且还具有较好的温度稳定性,是一种具有应用价值的压电驱动器用压电陶瓷材料。

固相合成法制备工程化应用的大应变压电陶瓷材料

随着我国科技水平的飞速发展,激光惯性导航系统的精度要求越来越高。采用工业级原材料,通过固相合成法制备了铌锑-铌镍-锆钛酸铅(PSN-PNN-PZT)四元系大应变压电陶瓷材料,讨论了不同含量Sr对PSN-PNN-PZT压电陶瓷材料介电性能、压电性能的影响。结果表明:当Sr含量为1%(摩尔分数)、n(Zr)/n(Ti)=43/57(摩尔比)时,PSN-PNN-PZT组成位于准同型相界附近,压电陶瓷性能较优,获得了一种相对介电常数ε^(T)_(33)/ε_(0)、机电耦合系数k_(p)、压电常数d_(33)、介电损耗tanδ、居里温度T_(c)分别为4090、0.664、686 pC/N、0.0165及213℃的大应变压电陶瓷材料;基于该材料配方制备的∅24 mm×∅5 mm×0.4 mm压电陶瓷圆环,在100 V的驱动电压下产生的应变量能达到2.5005μm,较现有的PZT-14(P14)材料提升32.4%,能应用于高精度激光陀螺稳频器中,提高压电陶瓷微位移驱动器的可靠性。

光纤布喇格光栅传感器应用系统

综述了光纤布喇格光栅及在传感技术领域的应用 ,包括光纤布喇格光栅传感器原理及特点 ,光纤传感单参量测量、双参量测量及分布式多点测量系统。

布拉格光栅应变测试系统的动态标定

为了能够简单精确地标定出Bragg光栅应变测试系统的应变拉伸系数,通过分析测试系统的解调原理,提出了运用陶瓷制动器的逆压电效应标定该系统的方法。对系统的8路应变测试通道进行了标定实验,将每路通道的实验数据进行线性拟合,分别得到了Bragg光栅应变拉伸量与解调信号相位差的关系曲线,从而确定了每路通道的应变拉伸系数,分析表明系数的标定相对误差在±0.002μm/(°)以内,标定结果具有较高的精度。

Cymbal型压电发电装置等效压电常数分析

压电发电工作于低频时所收集的能量与其等效压电常数和等效电压常数的乘积成正比。为了研究Cymbal型压电发电装置的等效压电常数,建立了Cymbal型压电发电装置的三维有限元分析模型,并分析得出了等效压电常数计算公式;详细地分析了Cymbal型发电装置中金属帽的材料和厚度、金属腔底端直径和顶端直径、金属腔高度、压电陶瓷片厚度等因素对等效压电常数的影响,并给出了等效压电常数的优化准则。试验结果表明,经优化后可获得的等效压电常数大约相当于压电陶瓷本身的60倍。

简谐及随机激励下柔性悬臂梁振动主动控制的实验研究

利用压电陶瓷作为传感器 ,对根部施加了简谐、随机激励的柔性悬臂梁的振动主动控制进行实验研究。在使用数字滤波器的基础上 ,实现了对前两阶模态的控制 ,效果明显。比较了应变率负反馈和应变正反馈控制律的控制效果。

应力对热电体电热效应的影响

在一定温度范围内,采用Landau-Devonshire自由能理论,讨论了应变对电场导致的PbZr0.4Ti0.6O3(PZT)以及[P(VDF-TrFE)](65/35)偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物薄膜和块材的系统熵的影响,以及熵极大时的温度变化.结果表明:随着应变的增加,聚合物和PZT的场致温变和等温熵变最大值时的温度分别线性增大和减小.为了增大薄膜在较低工作温度下的熵变,要求聚合物的应变大于0,PZT的应变小于0.

高分辨率压电陶瓷微位移检测电路设计与实现

为提高压电驱动的大口径快摆镜控制精度,采用了电阻式应变传感器(SGS)和基于锁定放大信号调理方法来检测压电执行器微位移,该微位移检测电路包括集成在压电内部的电阻式SGS,前端信号调制放大电路、带通滤波去噪电路、相敏解调电路和低通滤波电路等,最后搭建系统验证并利用小波分解重构的方法对微位移信号进行噪声分析。试验结果表明,该系统检测的压电执行器微位移信号良好,噪声满足实际工程中压电陶瓷(PZT)执行器的24nm位置分辨率的要求。

高应变载荷下压电传感器性能研究

压电传感器具有优良性能,可以同时应用于主、被动式结构健康监测技术中,但由于高应变载荷下压电传感器的性能会受到影响,限制了在实际工程中的应用。该文针对高应变载荷下传感器性能进行研究,提出通过增加胶层厚度和减小弹性模量,增强压电传感器的高应变承受能力。定义了阻抗信号变化指数和阻抗信号突变载荷,对压电传感器性能进行表征。实验结果表明,胶层厚度增加,弹性模量减小,会使阻抗信号突变载荷增大,压电传感器高应变承受能力提高。

外加应力对外延Pb(Zr_(1-x)Ti_x)O_3薄膜相图及物理性质的影响

用非线性热力学方法,研究了外加应力及组分对外延单畴Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)薄膜的相图及物理性质的影响。通过数值计算,得到了PZT薄膜在不同组分下的"外加应力-失配应变"相图。由相图可知,外加应力可以使薄膜发生铁电相变。在室温下,外加压应力能使薄膜的铁电相转变到顺电相。薄膜的压电系数对相变非常的敏感,施加一个适当的外加应力,可以大幅度提高压电系数。本文的计算结果,可以解释压痕仪和扫描力电镜研究铁电薄膜时所观察到的实验现象。

激光陀螺用压电陶瓷材料的制备与研究

通过文献调研设计了压电陶瓷配方,使用传统固相法制备目标压电陶瓷以达到大应变要求,以应用于激光陀螺激光稳频器中,通过r（Zr）/r（Ti）系列实验可得r（Zr）/r（Ti）=46/54组成在1 180℃烧结时获得最佳的压电介电性能,即压电常数d33≈640pC/N,弹性刚度系数cE11=60.61GPa,相对介电常数εT33/ε0≈3 300,介电损耗tanδ≈1.85%,机电耦合系数kp=0.655,居里温度TC=272℃。X线衍射（XRD）分析确认相界组成为r（Zr）/r（Ti）=46/54,扫描电镜（SEM）表明烧结温度对陶瓷晶粒尺寸有显著影响,在1 180～1 200℃之间晶粒尺寸显著增大。

基于PZT传感器的混凝土结构多功能监测研究

针对PZT传感器频率响应范围宽广的特性,提出了一种将PZT传感器同时用于应变测量和声发射监测的多功能监测方法。通过小波Mallat分解将PZT传感器信号中的应变信号和声发射信号分离,利用PZT传感器的低频应变响应监测结构的应变状态,同时通过声发射的b值理论,对结构的损伤状况评估预警。进行了钢筋混凝土梁的动态破坏监测试验,验证了该方法的可行性。结果表明,PZT传感器的低频电压信号和应变传感器的应变信号一致,且声发射信号能准确反映结构的损伤状况。

压电-光纤综合结构健康监测系统的研究及验证

以某型无人机机翼盒段试验件为对象,进行了压电-光纤综合结构健康监测系统的研究。自主研发了国内首台集成压电多通道扫查系统,可实现多达552个激励-传感通道的损伤自动扫查,并同光纤光栅解调系统组合,自行开发了集成健康监测系统软件,构成了压电-光纤综合结构健康监测系统。基于该系统进行了大型碳纤维复合材料盒段试验件弯扭强度实验过程中的结构健康监测功能验证研究,监测结构尺寸达4.000 m×1.200 m×0.265 m,监测对象包括结构的应变场分布及抽钉失效。系统监测了全盒段上下壁板共34点的应变场分布情况,应变场监测准确;监测系统不仅对结构抽钉的缺失实现了准确监测,而且可以分辨所实验结构的4种抽钉缺失程度。