压电复合振子谐振频率的磁调控研究

压电超声换能器中,压电振子谐振频率的漂移是导致换能器输出功率降低和振幅不稳定的主要原因.利用稀土超磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe(TDF)合金与压电陶瓷材料Pb(Zr,Ti)O3(PZT)构成磁电复合压电振子,基于磁致伸缩材料的ΔE效应及复合材料的磁-力-电耦合乘积作用,实现了直流磁场对压电复合振子谐振频率的实时调控.实验结果表明,在直流磁场的作用下,压电复合振子的谐振频率随磁场的增加发生明显偏移.当磁场强度为400mT时,谐振频率的最大偏移量约为15kHz.利用磁电耦合理论,数值模拟谐振频率随磁场的偏移与实验结果符合较好.同时,理论研究了磁致伸缩相的体积分数对磁场调控谐振频率偏移的影响.结果表明,随着磁致伸缩相体积分数增加,谐振频率随磁场的偏移逐渐加大.该研究为压电超声换能器中控制谐振频率漂移提供理论及实验基础,并为提高磁调谐灵敏度提供有效途径.

复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。

复合压电振子粘接层及粘接工艺的研究

研究并解决了压电晶片和粘接材料的选择、粘接层厚度的影响和控制工艺等制作复合压电振子中的技术难题 .阻抗频率特性测试的结果表明 ,复合压电振子呈三频特性 ,从而为研制双层压电结构超声波传感器奠定了良好的基础 .

复合压电振子的ANSYS模态分析

在ANSYS的软件平台上,利用有限元分析方法对复合压电圆片振子进行建模仿真实验,得到在不同边界条件下复合压电振子弯曲振动一阶模态及振幅分布图,仿真振动频率与理论计算值非常接近。相对传统振动模式分析方法,此方法更为简单、直观。

复合压电振子非轴对称优化

对悬臂梁式压电振子在外界激励下的电压输出进行了计算和分析。在分析了复合压电振子尺寸对输出电压影响的基础上,建立了悬臂梁结构的基本复合压电振子和非轴对称优化的复合压电振子模型。在体积与外界激励一定的情况下利用ANSYS软件进行了仿真分析。通过仿真分析可知优化后的复合压电振子输出电压较优化前提高了17.95%,同时其固有频率较优化前也有所降低。由此表明,经适当的非轴对称优化的压电振子对于再提高能量的转换效率具有一定的可行性和有效性。

多维耦合振动复合压电振子的设计

运用表观弹性法，采用二次径向谐振频率计算表现弹性模量，设计高度与直径可比拟，谐振频率不满足压电晶片和金属圆片最低径向谐振频率方程的多维耦合振动复合压电报子。用本方法设计垂直探鱼仪的换能器和提高优质单胞藻饲料多不饱和脂肪酸含量的超声辐射仪换能器。计算结果表明，理论值与实验值相符合。这种方法简单、方便，适用于压电晶片的径向谐振频率低于换能器谐振频率的多维耦合振动复合压电振子的设计。

非等长复合压电振子的优化与仿真分析

利用ANSYS软件建立了悬臂梁结构的模型,采用了工程中常用的模型,即非等长复合压电振子模型.设计了一种呈阵列分布的多圆孔基板材料压电振子,通过仿真分析,该结构的压电振子在尺寸与外加载荷一定的情况下,输出电压较优化前提高了14.1%,同时其固有频率与自身质量均较优化前有所降低.最后仿真结果也说明了这种多圆孔压电振子对于提高能量转换效率的可行性和有效性.

无阀压电泵的泵腔容积变化量

通过对简支边界条件、电压驱动下复合压电振子的振动分析 ,推导了复合压电振子的运动方程 ,从而导出了复合压电振子变形后所包围的体积即无阀压电泵的泵腔容积变化量的计算公式 ,分析了泵腔容积变化量与复合压电振子最大变形量之间的变化关系 。