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Novel Traveling Wave Sandwich Piezoelectric Transducer with Single Phase Drive:Theoretical Modeling,Experimental Validation,and Application Investigation 被引量:1
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作者 Liang Wang Fushi Bai +2 位作者 Viktor Hofmann Jiamei Jin Jens Twiefel 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期206-225,共20页
Most of traditional traveling wave piezoelectric transducers are driven by two phase different excitation signals,leading to a complex control system and seriously limiting their applications in industry.To overcome t... Most of traditional traveling wave piezoelectric transducers are driven by two phase different excitation signals,leading to a complex control system and seriously limiting their applications in industry.To overcome these issues,a novel traveling wave sandwich piezoelectric transducer with a single-phase drive is proposed in this study.Traveling waves are produced in two driving rings of the transducer while the longitudinal vibration is excited in its sandwich composite beam,due to the coupling property of the combined structure.This results in the production of elliptical motions in the two driving rings to achieve the drive function.An analytical model is firstly developed using the transfer matrix method to analyze the dynamic behavior of the proposed transducer.Its vibration characteristics are measured and compared with computational results to validate the effectiveness of the proposed analytical model.Besides,the driving concept of the transducer is investigated by computing the motion trajectory of surface points of the driving ring and the quality of traveling wave of the driving ring.Additionally,application example investigations on the driving effect of the proposed transducer are carried out by constructing and assembling a tracked mobile system.Experimental results indicated that 1)the assembled tracked mobile system moved in the driving frequency of 19410 Hz corresponding to its maximum mean velocity through frequency sensitivity experiments;2)motion characteristic and traction performance measurements of the system prototype presented its maximum mean velocity with 59 mm/s and its maximum stalling traction force with 1.65 N,at the excitation voltage of 500 V_(RMS).These experimental results demonstrate the feasibility of the proposed traveling wave sandwich piezoelectric transducer. 展开更多
关键词 traveling wave Sandwich piezoelectric transducer Single phase excitation Transfer matrix method Ultrasonic motor
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Two Temperature Heat Flux of Semi Infinite Piezoelectric Ceramic Rod
2
作者 Essam Bassiouny Refaat Sabry Hamdy Youssef 《Engineering(科研)》 2013年第3期277-291,共15页
The theory of two-temperature generalized thermoelasticity is used to solve the problem of heating a semi-infinite rod made of a piezoelectric ceramic material within the framework of generalized thermopiezoelasticity... The theory of two-temperature generalized thermoelasticity is used to solve the problem of heating a semi-infinite rod made of a piezoelectric ceramic material within the framework of generalized thermopiezoelasticity theory by supplying the rod a certain amount of heat uniformly distributed over a finite time period to the finite end of the rod. The Laplace transform formalism is used to solve the proposed model. Inverse Laplace transforms are computed numerically using a method based on Fourier expansion techniques. The physical parameters (i.e., conductive temperature, dynamical temperature, stress, strain, and displacement distributions) are investigated graphically. 展开更多
关键词 Two TEMPERATURES Generalized THERMOELASTICITY Thermopiezoelasticity Thermal waveS ceramics piezoelectric Materials—Heat FLUX
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Computational analysis of vibration modes of disk-shaped piezoelectric traveling wave motors
3
作者 CHU Xiangcheng LI Longtu(The State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing, Dept. of Materials Science and Engineering, Tsinghua University Beijing 100084)CHEN Zaili(Faculty of Electromachine Engineering, Harbin Institute of Technology Harbin 1 《Chinese Journal of Acoustics》 2002年第3期201-210,共10页
According to Kirchhoff-Love's assumptions, this paper establishes linear system of equations for solving eigen frequency constant and corresponding mode shape. Using engineer-ing and numerical analysis software Ma... According to Kirchhoff-Love's assumptions, this paper establishes linear system of equations for solving eigen frequency constant and corresponding mode shape. Using engineer-ing and numerical analysis software Matlab5.2 and method of coefficient determinant searching arithmetic, eigen frequency constant and mode shape of the stator with i.d./ o.d. ratio of 0.1, 0.3, 0.35, 0.6 and different vibration modes are accurately solved and analyzed. By means of Newton interpolation method, contributions of transverse deflection amplitude and vibration energy corresponding to various modes are determined. This paper offers a valid theoretical foundation for the optimum design of the stator of disk-shaped ultrasonic motors. Furthermore, according to results of numerical analysis, several choosing principles of vibration modes are summarized. 展开更多
关键词 wave MODE Computational analysis of vibration modes of disk-shaped piezoelectric traveling wave motors
原文传递
高频动态压电式压力传感器结构设计与实验研究
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作者 王桂从 孟令源 +2 位作者 李映君 刘源 蔡思康 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期203-214,共12页
针对激波压力信号快速测量需求的提升,提出了一种基于压电效应的高频动态激波压力传感器结构形式及测量原理。通过分析激波信号的时频特性,确定高频动态压电式压力传感器的性能需求;采用高频动态压电式压力传感器的测量原理,对提出的激... 针对激波压力信号快速测量需求的提升,提出了一种基于压电效应的高频动态激波压力传感器结构形式及测量原理。通过分析激波信号的时频特性,确定高频动态压电式压力传感器的性能需求;采用高频动态压电式压力传感器的测量原理,对提出的激波压力测量进行了分析;基于变形协调一致原则,建立了静力学和动力学模型,分析传感器结构参数对灵敏度和固有频率的影响规律;将优化后的传感器三维模型导入ANSYS中进行静力学、动力学和压电耦合分析,验证了传感器结构及其测量原理的可行性。通过准静态标定和动态标定实验,得到传感器的电压灵敏度、非线性度和固有频率等测量性能指标,实验结果表明:研制的高频动态压电式激波压力传感器样机具有高灵敏度3.19 mV/kPa、高固有频率特性95.625 Hz和短上升时间10.45μs特性,能够满足实际测试需求。 展开更多
关键词 力学模型 压力传感器 激波 标定实验 压电陶瓷
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提高ECDL扫频线性度的高效迭代算法
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作者 郭佳奇 李鲲 +2 位作者 曹杰 李晶晶 梁亚峰 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第3期575-582,共8页
针对调频连续波激光雷达扫频线性度较差的问题,提出一种适用于压电陶瓷外腔的可调谐外腔半导体激光(external cavity diode laser,ECDL)的高效率线性化预调制修正方法。基于体光栅反馈的ECDL模型和压电陶瓷迟滞特性,设计了符合压电陶瓷... 针对调频连续波激光雷达扫频线性度较差的问题,提出一种适用于压电陶瓷外腔的可调谐外腔半导体激光(external cavity diode laser,ECDL)的高效率线性化预调制修正方法。基于体光栅反馈的ECDL模型和压电陶瓷迟滞特性,设计了符合压电陶瓷偏置器(piezoelectric ceramics,PZT)物理性质的迭代控制算法,实现了ECDL高线性度扫频激光输出。该激光系统能够实现在60 kHz的重频条件下,输出扫频带宽为1.1 GHz的线性扫频,残余非线性达到10-7,并且通过实验验证了在80 m的距离下厘米级的测量精度,在3 km的距离下实现米级测量精度。结果表明,该算法可以有效解决压电陶瓷偏置器的ECDL的线性化修正问题。 展开更多
关键词 调频连续波 ECDL 压电陶瓷 控制算法
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双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析
6
作者 徐宏达 王宇 +2 位作者 菅泽 李学辉 于晓光 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期110-119,共10页
采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导... 采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。 展开更多
关键词 金属-陶瓷基 石墨烯片增强 旋转圆柱壳 Halpin-Tsai模型 传递矩阵法 行波振动
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基于压电应力波的装配式混凝土灌浆套筒连接质量检测试验研究
7
作者 朱余佳 《湖南城市学院学报(自然科学版)》 CAS 2024年第5期22-28,共7页
为解决装配式混凝土灌浆套筒连接不密实缺陷的无损检测问题,并有效认识连接缺陷的压电应力波特征,本文以合肥市某项目为研究对象,结合室内物理模拟试验,搭建了装配式混凝土灌浆套筒连接质量缺陷室内模拟试验系统,并分别测试灌浆前、后... 为解决装配式混凝土灌浆套筒连接不密实缺陷的无损检测问题,并有效认识连接缺陷的压电应力波特征,本文以合肥市某项目为研究对象,结合室内物理模拟试验,搭建了装配式混凝土灌浆套筒连接质量缺陷室内模拟试验系统,并分别测试灌浆前、后及不同缺陷工况下的压电应力波形,以观测波形响应特征。结果表明,无论是全灌浆还是半灌浆套筒试件,灌浆前后同一个接收传感器位置接收到的压电应力波波形相近,但灌浆后的压电应力波波幅明显偏小;同一灌浆状态下,近端接收传感器采集到的压电应力波幅值比远端同侧接收传感器、对侧接收传感器的更大,而首波初至时间则更短;远端同侧、对侧接收传感器位置上,不同缺陷工况下测试得到的压电应力波波形相近,且随着缺陷长度增加,压电应力波的振幅也越大;近端接收传感器位置,工况4的压电应力波振幅较工况1~工况3有明显增大,工况8较工况5~工况7有增大。 展开更多
关键词 压电陶瓷 应力波 装配式混凝土 灌浆套筒 连接质量 无损检测
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柱面驱动新型行波超声电机的研究 被引量:7
8
作者 李有光 陈在礼 +2 位作者 陈维山 谢涛 刘军考 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1391-1393,1434,共4页
为增加定转子接触面积,使接触应力分布均匀,从而减少接触区磨损,提高电机的机械性能,利用壳体的非轴对称振动模式,成功地研制出一种柱面驱动新型行波超声电机.在设计的电机结构中,给出了压电陶瓷的极化、分布和驱动方式,运用有限元分析... 为增加定转子接触面积,使接触应力分布均匀,从而减少接触区磨损,提高电机的机械性能,利用壳体的非轴对称振动模式,成功地研制出一种柱面驱动新型行波超声电机.在设计的电机结构中,给出了压电陶瓷的极化、分布和驱动方式,运用有限元分析软件ANSYS 9.0对定子进行了模态和谐响应分析,并运用振动理论推导了定子齿上的椭圆运动轨迹方程.实验表明,该电机在驱动电压有效值为150 V、驱动频率为16.1 kHz时,堵转转矩为1.8 N.m,最大空载转速为64 r/min,说明电机的连续运转性能良好,能够保证定转子之间的良好接触,使电机平稳转动,从而提高了电机的机械输出性能. 展开更多
关键词 超声电机 行波 压电陶瓷 柱面驱动
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超声波电动机发展现状及应用 被引量:6
9
作者 罗辞勇 卢斌 +1 位作者 张帆 蔡珍珍 《微特电机》 北大核心 2011年第11期70-74,共5页
超声波电动机在精密仪器、航空航天等高端应用领域有其独特的优势。首先对超声波电动机的基本原理和结构进行了描述;然后对超声波电动机的发展现状、发展前景,以及超声波电动机的优缺点作了详细的分析,并指出了超声波电动机在数学模型... 超声波电动机在精密仪器、航空航天等高端应用领域有其独特的优势。首先对超声波电动机的基本原理和结构进行了描述;然后对超声波电动机的发展现状、发展前景,以及超声波电动机的优缺点作了详细的分析,并指出了超声波电动机在数学模型、电机机构、电机控制等方向需要进一步研究和改善的手段;最后给出了超声波电动机的一些应用领域,以及超声波电动机的未来发展方向。 展开更多
关键词 超声波电动机 压电陶瓷 行波 压电效应
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压电陶瓷发射换能器的瞬态抑制 被引量:8
10
作者 张建兰 高天赋 +2 位作者 曾娟 李海峰 刘海军 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期295-303,共9页
提出了一种针对压电陶瓷发射换能器的瞬态响应的抑制方法。该方法通过对发射信号的控制,即发射的信号是在原有的信号上叠加若干消影脉冲,抑制换能器的输出瞬态响应的影响,从而实现窄带换能器发宽带信号的目的。分别用正弦脉冲和调相脉... 提出了一种针对压电陶瓷发射换能器的瞬态响应的抑制方法。该方法通过对发射信号的控制,即发射的信号是在原有的信号上叠加若干消影脉冲,抑制换能器的输出瞬态响应的影响,从而实现窄带换能器发宽带信号的目的。分别用正弦脉冲和调相脉冲进行了实验,实验取得了和理论较为一致的结果,均很好地抑制了瞬态响应对发射波形的影响。 展开更多
关键词 发射换能器 压电陶瓷 瞬态抑制 瞬态响应 发射信号 正弦脉冲 抑制方法 宽带信号
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压电陶瓷混凝土结构应力波衰减特性试验 被引量:10
11
作者 孙威 阎石 +1 位作者 蒙彦宇 周宏 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2010年第5期833-837,共5页
目的研究不同频率下应力波在混凝土中传播的衰减特性.方法以压电陶瓷片为声源,选取一对压电陶瓷传感器并埋置在素混凝土梁内部,其中一个传感器用于信号发射,另一个用于信号接收.在输入信号幅值一定的情况下,通过改变信号主频来考察输出... 目的研究不同频率下应力波在混凝土中传播的衰减特性.方法以压电陶瓷片为声源,选取一对压电陶瓷传感器并埋置在素混凝土梁内部,其中一个传感器用于信号发射,另一个用于信号接收.在输入信号幅值一定的情况下,通过改变信号主频来考察输出信号幅值的变化情况.结果压电陶瓷混凝土结构应力波的衰减主要与激振频率和幅值以及介质的性质有关,衰减系数同频率之间的关系近似符合三次多项式函数;频率-衰减系数曲线存在两个临界频率f1和f2.结论利用试验数据拟合出应力波在混凝土介质中传播时频率与衰减系数的关系曲线,并给出一定频率和幅值的应力波在混凝土介质中有效传播距离的计算方法,为合理选择压电陶瓷传感器间距的提供了依据. 展开更多
关键词 压电陶瓷 混凝土 应力波 衰减系数
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一种新型高频低幅振动给料装置的研究 被引量:13
12
作者 何勍 王宏祥 于威 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2007年第6期758-760,共3页
基于压电驱动的原理,本文对高频低幅的振动给料技术进行了探索,研制出一种具有长环形输送振子的行波型超声物料输送装置的模型样机。对超声物料输送装置的模型样机进行了输送能力的实验研究,测试结果表明超声物料输送装置的输送速率可达... 基于压电驱动的原理,本文对高频低幅的振动给料技术进行了探索,研制出一种具有长环形输送振子的行波型超声物料输送装置的模型样机。对超声物料输送装置的模型样机进行了输送能力的实验研究,测试结果表明超声物料输送装置的输送速率可达120 mm/s,并可在一定范围内通过变频或变压调整。该输送装置具有结构简单、控制精度高和无噪声等优点,能实现微小块体物料的短距离输送或给料。 展开更多
关键词 给料装置 压电驱动 行波 环形振子
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超声波电机及其应用 被引量:6
13
作者 史小军 堵国梁 朱为 《电子器件》 EI CAS 1997年第4期37-45,共9页
超声波电机(简称USM)自80年代出现以来,就以其新颖的原理和固有的特点而倍受人们的关注。它有可能在一定的领域内取代小型电磁电机。传统的电机是靠电磁力旋转的,而USM则应用压电元件产生的振动作为电机驱动的能量源。本文... 超声波电机(简称USM)自80年代出现以来,就以其新颖的原理和固有的特点而倍受人们的关注。它有可能在一定的领域内取代小型电磁电机。传统的电机是靠电磁力旋转的,而USM则应用压电元件产生的振动作为电机驱动的能量源。本文首先简单回顾了USM的发展史,接着介绍了行波型USM的工作原理和性能特点,并对USM已取得的应用作了简要介绍。在此基础上。 展开更多
关键词 超声波电机 压电陶瓷 应用
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超声波马达在美国的发展 被引量:19
14
作者 褚祥诚 陈维山 陈在礼 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1999年第1期37-40,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 超声波马达 压电驱动器 微操纵器 固态驱动器
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用超声波对输油管道进行检漏及定位 被引量:6
15
作者 李明 贾振安 刘颖刚 《油气储运》 CAS 北大核心 2002年第7期25-27,共3页
介绍了压电陶瓷换能器产生和接收超声波的工作原理,当输入电压的频率为借振频率时,超声波在介质中产生的驻波最强。若管道中出现泄漏,接收换能器的电压立即发生变化,可以根据这种变化发现泄漏,进而按拟合曲线或方程式计算出管道泄漏的... 介绍了压电陶瓷换能器产生和接收超声波的工作原理,当输入电压的频率为借振频率时,超声波在介质中产生的驻波最强。若管道中出现泄漏,接收换能器的电压立即发生变化,可以根据这种变化发现泄漏,进而按拟合曲线或方程式计算出管道泄漏的位置。 展开更多
关键词 超声波 压电陶瓷 输油管道 泄漏 定位 检漏
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块体物料超声输送能力测试实验装置的研究 被引量:8
16
作者 何勍 董瑞芳 王宏祥 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第1期145-148,共4页
基于行波超声物料输送原理,提出并研制了一种多驱动频率的环形压电式超声输送实验装置,该实验装置可对块状单体物料或物料群的运行状况进行不限时、不限输送长度的精确观测,进而能精确计算物料速度等性能参数。在振幅为1μm,驱动频率分... 基于行波超声物料输送原理,提出并研制了一种多驱动频率的环形压电式超声输送实验装置,该实验装置可对块状单体物料或物料群的运行状况进行不限时、不限输送长度的精确观测,进而能精确计算物料速度等性能参数。在振幅为1μm,驱动频率分别为24.69 kHz及39.31 kHz的实验环境下,对黄铜圆柱和钢圆锥滚子两种规则试件进行了实验测试,实验结果表明,试件具有很均匀的运行速度,输送振子在相同振幅的条件下,输送速度与输送振子的波数及频率成正比。 展开更多
关键词 超声物料输送 环形压电振子 行波 输送速度
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基于含金属芯压电纤维与Lamb波的一维结构损伤定位研究 被引量:7
17
作者 刘建 裘进浩 +2 位作者 常伟杰 季宏丽 朱孔军 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期16-20,共5页
含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波... 含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究。研究结果表明:MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高。 展开更多
关键词 含金属芯压电纤维 LAMB波 单一模式 GABOR小波 结构健康监测
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基于压电陶瓷的混凝土裂缝损伤监测 被引量:13
18
作者 赵晓燕 李宏男 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2009年第3期437-439,443,共4页
压电陶瓷的正逆压电效应决定其既可作传感器又可作驱动器。将压电陶瓷埋于混凝土中并对其施加激励,可在混凝土中产生应力波。根据该波动法原理,应用自行研制封装的压电陶瓷传感器对混凝土中裂缝损伤的产生过程进行监测。采用基于小波包... 压电陶瓷的正逆压电效应决定其既可作传感器又可作驱动器。将压电陶瓷埋于混凝土中并对其施加激励,可在混凝土中产生应力波。根据该波动法原理,应用自行研制封装的压电陶瓷传感器对混凝土中裂缝损伤的产生过程进行监测。采用基于小波包分析法定义的损伤指标对不同工况下的损伤进行计算,结果表明,损伤指标的变化趋势与相应的应变片监测信号和荷载位移曲线的发展趋势吻合良好,实现了对混凝土中微小裂缝损伤的监测和识别。 展开更多
关键词 压电陶瓷传感器 波动法 混凝土 裂缝
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含金属芯压电纤维传感Lamb波方向性研究 被引量:6
19
作者 刘建 裘进浩 +2 位作者 常伟杰 季宏丽 朱孔军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第2期54-56,67,共4页
含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件。阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究。研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现... 含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件。阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究。研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现出很强的方向性。相比采用幅值表征的结果,采用能量因子进行传感方向性表征更能体现出MPF对Lamb波的方向性传感特性。 展开更多
关键词 含金属芯压电纤维 LAMB波 小波变换 方向性 结构健康监测
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行波型超声波电机及其速度控制特性的研究 被引量:5
20
作者 褚祥诚 陈维山 陈在礼 《微特电机》 北大核心 1998年第1期14-15,32,共3页
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... 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。 展开更多
关键词 超声波电机 驱动器 速度控制 PWM控制 行波型
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