基于钹式结构的压电加速度传感器研究

针对传统结构压电加速度传感器的尺寸和重量限制其灵敏度提高的问题,论文建立并研究了钹式结构压电加速度传感器模型,并对相同材料和尺寸的传感器模型进行了对比分析。结果表明:压电陶瓷单元Z方向上的形变是决定传感器电压响应大小的主要因素;钹式结构传感器的压电陶瓷单元在Z方向上的形变范围远远大于传统结构;压电陶瓷单元X方向的张力对Z方向上产生较大范围的形变贡献很大;钹式结构可显著提高压电传感器的灵敏度。

钹式换能器等效电路模型研究

采用等效电路法分析钹式换能器(Cymbal)阵元结构与机电性能的关系。将Cymbal阵元抽象为压电陶瓷片和金属帽两部分,分别建立压电陶瓷圆片和金属浅球壳的等效电路模型,将金属帽的水下辐射振动近似为圆面活塞辐射器,得到Cymbal阵元的机电等效图以及等效电路图。通过对等效电路和各电路参数的分析,解释了Cymbal作为低频小尺寸换能器获得较高辐射声功率和电声转换效率的原因,对优化其电声性能提供了指导性意见。

复合型钹式执行器的高位移性能研究

本文研究了复合型钹式执行器的位移放大作用，以及对它的整体等效压电常数的影响，这种执行器的位移值（Ｓ）、等效等静压压电常数（ｄｈ）和等效等静压灵敏度（ｄｈ × ｇｈ）与同尺寸单体压电陶片（ＰＺＴ－５Ａ）工作时的对应值，分别高出近４０倍、８０倍和４００倍，并与压电陶瓷片的厚有关联。

关于钹式压电复合换能器基阵的研究

研究了钹式压电复合换能器平面均匀串联基阵及并联基阵的等静压压电性能。钹式压电复合换能器平面均匀基阵具有 1- 3连通型复合结构的性能特点。连接阵元的基体材料是影响换能器基阵的等静压压电性能的关键 ,基体越柔软实测值与理论值越接近。

基于钹式压电阵列的新型引信发电装置设计

设计了一种基于钹式压电换能器阵列的新型引信用发电装置,使用等静压压电常数法研究了钹式换能器及其阵列的发电特性,分析了发电装置在弹药发射环境下的电能输出特性。研究结果表明,该发电装置能有效收集发射环境中的冲击能,并将其先转换为振动能再转换为持续的电能,延长了压电换能器的电能输出时间,解决了现有引信压电电源电能输出小,供电时间短等问题。

智能井盖的钹式压电发电装置研究

智能井盖的应用减小了人工巡查的难度,降低了人们的生命财产安全风险。该文研究了一种钹式压电能量收集器,有效地提高了智能井盖无线监测节点电池的续航能力,降低了人工巡查的成本。分析了收集器的工作原理,采用ANSYS Workbench软件进行仿真优化,研究了对钹式压电能量收集器输出性能影响的关键因素。加工组装了钹式发电装置样机并完成了测试。结果表明,样机在脉冲宽度250 ms、冲击载荷0.5 MPa下,输出开路电压为102 V,输出功率为4.11 mW,有效地提高了井盖监测节点的续航能力。

引信钹式压电阵列发电装置的设计与分析

为弥补现有引信压电电源电能输出少、供电时间短的缺点,文中设计出一种新型引信用钹式压电阵列发电装置,并对其工作原理进行了分析。而后对钹式压电阵列的发电特性进行了研究,并采用总能量求偏导法推导出并联钹式压电阵列的输出电压公式,最后利用Matlab软件进行了数值分析。研究结果表明该新型结构设计能够高效收集诸如发射环境中的冲击能量,在很大程度上提高了压电发电装置的机电转换效率。

低频钹式换能器的性能分析与设计

将金属与压电陶瓷物理复合的钹式换能器体积小、重量轻,适合于开发低频换能器。研究了低频换能器的设计问题,利用有限元方法分析了介质变化对钹式换能器导纳和频率特性的影响,并与Langevin压电换能器的性能进行了比较,给出了钹式换能器性能随压电陶瓷物理与结构以及金属帽结构参数的变化规律;给出了低频钹式换能器的产品设计实例。研究结果对于优化钹式换能器以及开发水下低频换能器技术有应用价值,也为后续的制作工艺与相关的水池实验研究提供了技术支持。

MEMS钹式压电复合换能器的设计与仿真

在专业MEMS CAD软件ANSYS和Intellisuite中创建MEMS钹式压电复合换能器的实体模型,通过施加载荷分析钹式换能器在MEMS技术尺寸范围内的性能,包括模拟分析MEMS钹式压电复合换能器的力与位移的性能关系以及等效压电常数d33e与MEMS钹式压电复合换能器形状参数的性能关系,仿真结果验证了所设计模型的有效性。设计了MEMS钹式压电复合换能器的工艺流程,在Intellisuite软件中给出相应结构物理模拟参数,工艺仿真结果验证了设计工艺理论上的可行性。

基于钹式压电阵列的新型引信发电装置设计制作及试验测试

针对现有引信冲击式压电发电机电能输出小、发电时间短等问题,设计制作了一种基于钹式压电换能器阵列的新型引信发电装置。将压电发电理论与振动理论相结合建立了其发电模型,并利用所构建的冲击试验装置模拟弹药发射环境,对其发电能力进行了测试。研究结果表明,该发电装置能有效收集发射环境中的冲击能,并利用质量弹簧组件及钹式换能器阵列将其转换为持续的电能输出。当冲击加载为209.05 g时,其电能输出时间达到2.499 s。

非均匀钹式换能器平面阵布阵设计

钹式换能器尺寸小,可以大规模组阵以提高声辐射性能,但是它的工作频段低,其组阵不宜遵循传统压电阵元布阵间距的规律。为提高基阵的空间利用率而降低阵元互干扰的不利影响,提出一种非均匀平面基阵的实现方法。考虑强度非均匀因素,建立了9元基阵的阵元互辐射阻抗模型和基阵的总辐射阻抗模型,分别研究了阵元间距、工作频率和中心阵元强度对阵元互阻抗和基阵总阻抗的影响。在提高基阵总辐射效率,并保证单个阵元能有效辐射声能的原则下,给出了不同工作频率下,阵元的合适间距。为改善基阵的辐射阻抗提供了阵元间距和阵元强度两种调整办法,为研制超多阵元钹式水声设备奠定了理论基础。

钹式水声换能器的研究现状与发展方向

对近20年来钹式换能器(cymbal)在水声领域的研究情况进行了全面的分析,分析对象包括阵元水下振动模式、材料和尺寸参数对阵元机电性能的影响规律、阵元抗静水压性能、阵元指向性形成、新型材料的应用以及组阵对频率、阻抗等性能的影响,同时对钹式水声换能器理论研究用到的几种主要方法做了对比和分析。最后指出了钹式水声换能器未来的几个主要研究方向。

非均匀钹式换能器平面阵指向性特性研究

针对钹式基阵工作频率低、布阵紧凑导致阵元之间互干扰严重、指向性能退化的现象,本文在均匀平面基阵的基础上提出强度可调节的非均匀平面基阵,建立了基阵指向性能的数学模型,通过数值计算的方法分析阵元间距和中心阵元声强度变化对基阵指向性能的影响。研究给出了主瓣宽度、旁瓣个数、栅瓣个数随阵元间距的变化规律,总结了在各种工作频率下,基阵可用的最大阵元间距。研究结果表明:中心阵元强度增大时,基阵的总体指向性稍有降低。所以当通过调整阵元间距和强度来优化基阵指向性能时,应综合考虑它们对基阵其它性能的影响,以获得最佳的总体性能。

低频钹式换能器的有限元分析

为进行低频钹式换能器的有限元分析,研究钹式换能器的性能指标,通过有限元方法建立了换能器的轴对称模型,计算发现,低频钹式换能器的谐振频率可达到2 kHz,结果表明,探索低频钹式换能器的性能指标和振动规律,为开发低频钹式换能器提供了新的途径。

钹式水听器的改进及仿真测试研究

钹式水听器体积小,灵敏度高,但是接收的性能不够稳定,接收频带比较窄.为了解决这个问题,文章对钹式水听器结构进行改进,将水听器中单片压电陶瓷晶片改成双片,减小晶片半径,采用并联电路.文中先对水听器进行静态分析,然后用有限元软件对改进前后的水听器进行模拟分析,最后在水池中进行实验.结果都证明了改进后的水听器接收频带变宽,频段内接收性能稳定,灵敏度依然较高.

钹式换能器制作工艺与实验研究

设计方法与制作工艺是开发低频钹式换能器的核心技术。首先在继承传统压电材料制作工艺的基础上,根据钹式换能器的设计规律,研制了含有低频换能器在内的多套金属帽冲压模具,比较了粘结剂、金属材料等的不同特点,给出了合成钹式阵元的一般性方法,掌握了制作钹式阵元的特殊工艺,由此可开发系列阵元;然后,针对其中的低频阵元,在消声水池实验中分别对阵元的共振频率、发射幅压响应、自由场接收灵敏度等进行了测试。实验结果表明,低频钹式阵元具有较好的接收效果,单个5 kHz钹式阵元在0~40 kHz工作时,其自由场接收灵敏度在-170^-150 dB之间,其发射幅压值135 dB,可通过成阵提高发射指标。研究结果为开发新型钹式声学装置提供了依据。

基于钹式压电阵列的引信发电装置

针对现有引信压电电源发电时间短的问题,设计制作了以弹簧-质量块和压电换能器为主要部件的引信发电装置。该装置能将弹药发射瞬间的冲击能量收集并转换为持续的电能输出。测试结果表明,冲击加载、换能器结构、换能器层数、质量块等对其发电性能有不同的影响规律,且钹式叠堆结构发电性能优于薄片压电叠堆,所提出改进后的发电装置发电时间能达到2.499s,有效延长了引信压电发电装置的供电时间。

发射型钹式换能器的研究

为分析低频钹式换能器的发射电压响应、辐射声功率、发射效率等性能参数,通过ANSYS有限元软件建立了发射换能器的轴对称模型,设计了不同结构参数的共振频率为2kHz左右发射型钹式换能器,从结构阻尼入手,通过仿真分析计算,得到换能器的带宽、品质因数等,比较了不同结构参数的换能器的各项性能,绘制了不同结构参数的发射电压响应曲线,为分析设计钹式换能器提供了理论依据。

钹式换能器的有限元设计与分析

为研究钹式换能器共振频率随结构参数变化的规律,分析换能器的性能,建立了钹式换能器的有限元对称模型,探讨了钹式换能器的结构参数与共振频率之间的关系,得出影响共振频率的关键因素。依据结构参数与共振频率的关系,设计了不同结构参数的钹式换能器,通过仿真计算,得到满足不同性能要求的钹式换能器,为开发小功率发射换能器和新型换能器提供了一种途径。

基于钹式换能器的振动加速度传感器温度特性研究

使用2-（0）-2连通型的金属．陶瓷压电复合材料作为敏感元件构成压电振动加速度传感器。研究了这种新型压电振动加速度传感器的输出电压的温度特性．将DS18820集成到传感器内部用于内部环境温度的测量。利用单片机对传感器零位输出电压进行记录，得到传感器零位电压温度特性曲线。采用了基于最小二乘原理的分段线性插值法，对其温度特性的非线性进行了有效地补偿。试验结果表明，经过温度补偿后，在20～80℃范围内，零点输出电压温度误差由原来的9．8％降到了0．8％。