PZT驱动热声制冷的性能分析

用PZT换能器驱动热声制冷这一微型制冷方式除具有无运动部件、运行稳定和可实现无级调节等优点外,还具有压电换能器的诸如防潮性能好、不受磁场影响和热稳定性好等优点。该文在简要介绍热声制冷原理和PZT驱动热声制冷系统之后,对PZT驱动的热声制冷机性能进行模拟分析,考察了一些主要的结构参数和运行工况(包括平均压力、压比和工质等)对系统性能的影响情况。最后,还基于计算结果提出一实验系统的设计方案。

超声换能器ANSYS建模及谐响应分析

超声换能器是超声键合装备的一个重要组成部分,芯片的键合质量与超声换能器的响应有着非常密切的关系。通过有限元分析软件ANSYS进行建模,获得换能系统谐响应曲线,并利用多普勒测速仪验证有限元分析的结果。

锆钛酸铅压电陶瓷在换能器领域的热点应用与材料研究前沿

综述了近年PZT系压电陶瓷换能器的应用热点以及PZT系压电陶瓷材料研究前沿,认为,规模化应用已经显著推动我国电声及超声换能元器件的制造水平,快速缩小了与国外同类产品间的差异;薄膜、大功率压电材料、压电复合材料以及其它方面的研究方兴未艾,材料与器件研究尚待突破。

不同温度对热超声键合工艺连接强度的影响

在有规律地改变键合温度的条件下,分析不同温度对热超声键合工艺连接强度的影响规律,并研究温度因素对整个系统的PZT换能器输入功率及阻抗的影响.试验研究发现,温度过低(低于601℃)导致键合不成功或连接强度很低,温度过高(高于300℃)导致连接强度降低,最佳的键合窗口出现在200～240℃区间,此时连接强度达20g左右.对推荐使用的大于5.4 g的连接强度标准,文中试验条件下可键合窗口为120～360℃.而且,对于恒定额定功率设置的PZT换能器系统,温度的改变导致PZT换能器实际加载的功率及阻抗的改变.这些试验现象和分析结果可作为整个键合系统工艺参数匹配及优化的依据.

双柔性臂机器人的建模和主动振动控制

针对双柔性臂机器人在操作过程中出现的结构振动和残余振动影响控制精度的问题,提出了采用多组压电换能器对柔性臂进行主动振动的控制方法。设计了基于超声电机驱动的双柔性臂机器人,采用拉格朗日法和假设模态法对双柔性臂进行了动力学建模,并考虑了在协作搬运过程中双柔性臂机器人需要满足的闭链约束条件。提出了采用独立关节PD反馈控制器和正位置反馈控制器相结合的混合控制方法。Matlab仿真表明,所提出的混合控制器能使柔性机器人在准确完成目标物体轨迹运动的同时,实现对柔性臂的振动抑制,提高了双柔性臂机器人的搬运精度和效率。

复合式微型能量采集器结构设计及关键技术

提出一种压电效应和电磁效应相结合的微型能量采集器,基础结构为压电换能器(PZT)基八悬臂梁、长有Au线圈质量块、铷铁硼(Nd Fe B)永磁体。利用有限元分析软件ANSYS对微结构建立模型,通过结构力学特性分析,得到所设计结构的一阶谐振频率为214.7 Hz,为后期测试提供指导意义。制定微机电系统(MEMS)加工工艺流程,利用L-Edit软件设计并绘制所需掩模版。利用溶胶—凝胶(sol-gel)技术制备厚度为3 529 nm的PZT压电厚膜,实现了其与基底Pt/Ti/Si O2/Si/Si O2的良好异质集成,完成微型能量采集器制造过程中关键一步。经介电性能测试,PZT厚膜具有双蝴蝶状的极化反转峰,体现出较高的介电性能和耐压强度。400 k V/cm驱动条件下,测得PZT厚膜的电滞回线,其剩余极化强度Pr为37.7μC/cm2,矫顽场强为41.2 k V/cm,表现出良好的铁电性能。

用于手机的微型声频定向扬声器

提出了一种用于手机的微型声频定向扬声器实现方法,该新型扬声器可将声音控制在发声单元正前方轴向传播,能为使用者提供免提的局部声音服务。4只直径为10mm的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷超声换能器组阵作为发声部件,换能器阵列谐振频率作为超声载波频率,数字信号处理器(DSP)芯片作为声频定向调制算法实现平台,D类超声功率放大器为阵列驱动器,诺基亚N73手机作为外壳,制作出了样机。对换能器单元及阵列阻抗、声压级频率响应等特性进行了测试和分析,对样机作了自解调可听声指向性测试和整机功耗测试。实验结果表明,样机尺寸、功率和声压级基本满足手机中的应用需求,为微型声频定向扬声器在便携式多媒体设备中的应用提供了实践依据。

应用于超声共振检测的PZT/Si复合材料换能器

提出并设计了一种应用于超声共振检测的PZT/Si复合材料圆片换能器。该换能器是将一小硅片粘贴在PZT压电片上复合而成,硅片中心已有一个应用MEMS技术加工制造的倒金字塔小坑。这使得待测样品很容易安装在超声共振谱检测的平台上,并能提高测量的精确度。文中利用ANSYS对该换能器和单独PZT-4压电片换能器进行比较分析,得出了不同结构在相同电压和外力作用下产生的静态位移结果以及共振频率,并讨论了复合结构参数对换能器工作灵敏度的影响。结果表明,复合换能器的灵敏度仅降低4%~4.8%,可以应用在超声共振谱检测中。

压电换能器长度位移测量的一种新方法

针对合成孔径激光雷达光源调腔用压电换能器(PZT)长度位移进行高精度测量的需要,提出一种基于干涉图像灰度最佳估计的双光束干涉测量方法。通过合理设计算法,理论上测量分辨率能够达到光源激光器波长的1/1 024;实验上对一管型PZT的长度位移进行了测量,精度达到10 nm量级。