逆压电效应对双稳态压电俘能器的性能影响研究

为了研究逆压电效应对压电俘能效果的具体影响,本文首先分析了双稳态压电俘能器的分布参数型能量表达式,然后应用广义Hamilton变分原理推导了该俘能系统的动力学方程,最后采用谐波平衡法获得了动力响应解析解。通过对比不同激励频率下的数值仿真结果,讨论了逆压电效应对俘能系统动力响应的影响规律。结果表明,逆压电效应在不同工况下对俘能效果的影响并非单纯起抑制作用,在一定激励强度的高频激励下,逆压电效应对俘能效果的影响起增强作用;弱强度激励下的俘能效果则全程受到抑制作用。

逆压电效应的压电常数和压电陶瓷微位移驱动器

本文介绍了由过压电效应的应变-电场曲线测得弱场和强场下的压电常数d_33、d_31．测量发现S～E曲线上呈现应变和压电系数突增的阈值场强E_b，用铁电陶瓷固有的90°畴转向对应变的贡献进行了分析和讨论．该方法与以往常用的正压电效应的压电常数测试相比，方便、简单，尤其对过压电效应的压电微位移驱动器应用更具有实际意义．

水泥基压电机敏复合材料的逆压电效应

介绍了 2 - 2型水泥基压电机敏复合材料的逆压电效应 ,即驱动性能的研究结果 .在实验中观测到 2 - 2型水泥基压电机敏复合材料具有令人满意的逆压电效应 .实验分为两部分 ,在第一部分研究了该材料在自由状态下的逆压电效应 .实验发现在自由状态下 2 - 2型水泥基压电机敏复合材料的驱动输出的幅值随频率线性增加 ,而驱动输出的相角随频率线性降低 .第二部分实验称为预压实验 ,研究样品在受压条件下的驱动性能 .预压实验用于模拟机敏材料在结构中的真实使用环境 ,实验中使用数字式自动伺服试验机 (MTS)实施对样品的预压 .实验发现在预压条件下的驱动性能与自由状态有明显的区别 ,在预压状态下 ,材料的驱动性能受到结构系统其它因素的影响 。

基于逆压电效应和模间干涉的电压互感器设计

随着现代高压电力输送系统的发展,传统的电磁式和电容分压式互感器已暴露出越来越多的缺点。光学电压互感器具有体积小、重量轻、频带宽、动态范围大、抗电磁干扰以及良好的绝缘性等优点,已经得到人们的广泛重视。通过数值仿真,对椭圆芯保偏光纤模间干涉强度分布与模间相位差之间的关系进行计算分析并给出三维图,在此基础上设计了一种基于石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理实现的电压互感器。用有限元法对互感器传感头中的电场分布进行仿真计算,分析了金属电极的形状、尺寸等参数对传感头内电场分布的影响,对传感头进行了优化设计。通过试验对设计的电压互感器进行了可行性研究,表明基于该原理的电压互感器具有较好的精度和线性度。

基于MARC压电骨料的逆压电效应变形特性分析

介绍了利用有限元软件MARC分析压电智能骨料逆压电效应下变形的方法和步骤。通过建立智能骨料三维有限元模型,应用MARC的Glue功能较好地模拟了压电陶瓷片和封装材料的结合形式,计算得到了在10KHz正弦交变电压作用下骨料的变形和力学特性,分析了压电骨料的径向和轴向位移为同一数量级的原因。智能骨料在电压作用下产生径向和轴向振动,且压电片轴向振动有一定的不均匀性,这与活塞运动方式明显的不同,因此把智能骨料中的压电片的振动看成活塞运动是不合适的。

利用一次正、二次逆压电效应设计可作动传感器研究

进行了一次正压电效应、二次逆压电效应的理论分析与实验验证.理论与实验均证明,压电体通过一次正压电效应产生的电位移,及通过二次逆压电效应产生的应变与应力均与施加外力具有良好的线性关系.由于一次正、二次逆压电效应是在同一压电体内存在的双向效应,其原理特别适合于传感器、执行器集成一体化的研究.因此,利用压电体的一次正压电效应可以测量外力,作为传感器使用;同时利用该压电体的二次逆压电效应可以输出一个微位移,作为执行器使用.提出了利用该原理设计"可作动传感器"的实现方案,并证明了其可行性.

基于逆压电效应的In-line Sagnac反射式光纤电压互感器

介绍了一种基于石英晶体逆压电效应的光纤电压互感器(FOVT)。传感头由两段分别缠绕在石英晶体上的等长保偏光纤构成,两段光纤之间90°熔接实现两正交偏振模式互补,采用非互易的法拉第旋光器实现In-line Sagnac反射式干涉仪结构。阐述了其工作原理,借助琼斯矩阵得到其干涉表达式,并推导出检测相位与待测电压成线性关系,结合数字闭环模型计算出互感器变比,并以此为标准衡量互感器测量精度及稳定性。实验结果表明:待测电压大于3 000 V时,变比的非线性误差小于0.2%。

基于全息二次曝光法的压电陶瓷逆压电效应测定

论述二次曝光全息干涉计量的原理,分析干涉条纹与物体变形量的关系.利用全息二次曝光法对压电陶瓷的逆压电效应进行测定.实验结果与相关文献一致,表明该方法用于测定材料的逆压电效应是可行的.

GaN HEMT逆压电效应及退化机理研究

GaN HEMT器件在高压、高频、大功率应用领域中具有广泛的应用前景,但逆压电效应是其高可靠应用中面临和亟待解决的重要问题。本文系统梳理了国内外的文献报道,研究了GaN HEMT存在的逆压电效应,分析了逆压电效应导致的器件性能退化机理,定位了逆压电效应引起器件的结构损伤位置,最后给出了抑制逆压电效应的方法,以期提高GaN HEMT的可靠性。

基于逆压电效应的改进型光学电压互感器的研究

本文通过对现有电网中电压互感器的研究情况进行了总结和分析，然后提出了光学互感器发展的必要性和重要性，最后重点介绍了光学电压互感器在逆压电效应原理的前提下的相关应用技术。

AlGaN/GaNHFET逆压电效应抑制技术

基于非对称晶体的逆压电效应(IPPE),通过自洽求解一维Poisson-Schrdinger方程,模拟了AlGaN/GaN HFET在外电场作用下沟道中2DEG浓度的变化,建立了电流崩塌效应的逆压电效应数值仿真模型。理论模拟显示:逆压电效应是引起电流崩塌效应的一个因素。根据GaN欧姆接触的机理,提出采用源漏凹槽的结构减小电场的垂直分量,抑制逆压电效应,减小饱和电流的变化。设计了不同结构的源漏凹槽结构器件,并进行工艺流片验证,得到优化的器件结构,器件的电流崩塌量从15.7%减小到8.9%,验证了理论仿真结果。

逆压电效应对串联非线性压电俘能系统的影响

逆压电效应将电量转变为机械运动。将多个俘能器以串联电路相连接,逆压电效应会使各个俘能器的运动状态发生变化,从而影响到整个俘能系统的性能。在建立了两个俘能器串联系统的机电耦合数学模型基础上,利用数值仿真的方法,研究了逆压电效应对系统动力学及俘能效果的影响。研究表明,只有当所有俘能器均为周期运动时,才能保证各个俘能器为周期运动,并在大振幅周期激励下,系统的平均输出功率达到最大,系统的俘能效果最好。如果有一个俘能器为混沌运动,则其他俘能器要么为混沌运动,要么为伪周期运动,系统的俘能效果会受到不同程度的影响。串联电路的参数对系统的俘能效果有明显的影响。

一次逆、二次正压电效应在自感知执行器上的应用

提出利用一次逆、二次正压电效应为同一压电体内的双向效应原理,进行传感器与执行器集成一体化——自感知执行器的研究.即利用一次逆压电效应输出一个微位移,作为执行器使用;利用二次正压电效应的输出电荷自感知执行器的输出位移,作为传感器使用.在准静态(电压0～50V)和低频(电压100V,频率10Hz)条件下,分别进行了一次逆压电效应输出位移、二次正压电效应输出电压的实验,并将得到的数据进行归一化处理.实验结果表明,通过测量二次正压电效应产生的电荷能够较好地自感知一次逆压电效应产生的位移.

压电/压磁条环磁电复合材料的逆磁电效应

研究了压电/压磁条环磁电复合材料在弯曲谐振频率下的逆磁电效应(CME),其中压电材料为锆钛酸铅(PZT),压磁材料为镍锌铁氧体(NiZn ferrite).由于PZT与镍锌铁氧体环之间的机电耦合,该磁电材料在一阶弯曲谐振频率和一阶纵向谐振频率处的逆磁电系数明显大于非谐振频率处的逆磁电系数.在一阶弯曲谐振频率下,该磁电材料在H=190 Oe、E=200 V/cm测得较大磁感应强度(B_m≈2.13×10^(-5)G).B_m在-130 Oe<H<130 Oe间呈现的磁滞现象源于镍锌铁氧体环压磁效应和PZT铁弹效应的共同作用.在H=0 Oe、±50 Oe,利用不同变化趋势下的磁场及周期性通断的交流信号实现了三稳态磁感应强度的转换.

基于柔性铰链结构的大口径压电快摆镜

为了解决压电作动器驱动的快速反射镜因压电作动器伸长量较小,导致快速反射镜偏转角过小的问题,该文提出了一款新型快速反射镜设计方案。采用三级杠杆式柔性铰链放大机构实现压电作动器位移的放大,采用柔性轴承作为快摆镜的运动关节实现快摆镜的大角度定轴偏转。通过理论推导和有限元仿真对快摆镜的最大偏转角度、等效应力、谐振频率以及振型进行分析。实验结果表明,所设计的快摆镜可以实现大于2 mrad的镜面偏转,满足大范围、高精度的光束定位要求。

宽频逆压电-光栅电压传感器的性能提高研究

现有的PZT-FBG电压传感器体积小、成本低廉、易加工和易批量生产,已成为目前运用最为广泛的压电材料。采用有限元方法改善PZT-FBG电压传感器的频率特性,通过初步计算谐振频率来选择最优的基本结构。结合仿真计算与实验验证,深入分析了压电模块尺寸参数、待测电压施加方式和压电模块堆叠PZT片数对传感器性能的影响规律。结果表明,对电压传感单元和光信号解调单元同时施加极性相反的待测电压,可以显著提高传感器输出特性的分辨率;PZT堆叠片数的增加能够提高传感器输出特性的分辨率,但也会降低传感器的测量准确度。最后提出相应的传感器传感特性改进方案,可为进一步改进该传感器及其他同类压电陶瓷传感器提供参考。

压电效应演示实验的新设计

本文设计了实验装置与实验方案,用于演示正压电效应与逆压电效应,并研究了机械能与电能的相互转化关系.在正压电效应演示实验中,利用电磁铁激励压电双晶片振动,利用示波器观察激励信号与产生的电信号;电信号频率与激励信号频率保持相同,电信号幅值与激励信号幅值成正相关,电信号幅值随激励信号频率先增大后减小.在逆压电效应演示实验中,利用直流电压源激励压电双晶片产生形变,利用光杠杆放大微小形变;压电双晶片的形变量与激励电压值成线性关系.相比于现有演示实验,新设计的实验中研究了机械能与电能的相互转化关系,有助于加深实验者对压电效应原理的理解.

GaN基HEMT器件抗逆压电性能研究

可靠性问题是GaN基HEMT器件走向实用化的关键,逆压电效应导致器件退化是近年来比较引人瞩目的理论之一。对于GaN基HEMT器件,当其承受外加电场时,由于逆压电效应,电场最终转化成弹性势能。当电场足够大,突破势垒层材料所能承受的临界弹性势能,势垒层材料就会发生松弛。根据逆压电效应导致器件退化机理,从弹性势能的角度出发,对低Al组分AlGaN势垒层、InAlN势垒层和AlGaN背势垒等三种结构进行理论分析。分析表明,三种结构均能较大程度地改善GaN基HEMT器件的抗逆压电能力,从而提高器件可靠性。

逆压电驱动的运动可逆式引信隔爆机构

针对步进电机驱动的运动可逆式引信隔爆机构存在功耗高、尺寸大等问题,设计了逆压电驱动的动作可逆式引信隔爆机构。该机构借助逆压电效应使压电驱动器的定子在交变信号作用下蠕动,其驱动足拨动滑块缓缓移动,如果信号反相,则向相反方向移动。试验测试表明:该隔爆机构可以实现引信延期解除保险,并可恢复隔爆状态,具有低功耗、尺寸小、结构紧凑、驱动精度高和不产生电磁干扰等优点。