Electrode Location Efficiency and Equivalent Circuit for Flexure Vibration of Piezoelectric Beam

Aim To provide technical parameters for development of quartz gyro. Methods Theory of elastic beam was applied to piezoelectric beam. Based on the concept of equivalent volume force and energy conservation, the formula of electrode location efficiency was derived. And the electric system was compared with the dynamic one according to the principle of equivalent circuit for piezoelectric crystal, and the general formulae of the parameters for the equivalent circuit, R n L n C n , were derived. Results and Conclusion Optimum electrode location is chosen, and the derived equivalent circuit parameters are the theoretical base of the circuit design for quartz gyro.

典型压电材料在液氮低温环境下的压电性能

对压电材料进行阻抗测试可以获取压电振子等效电路的谐振频率和模型参数。对压电材料在室温及液氮低温下的性能进行测试。结果表明:不同压电材料在室温与液氮低温下的谐振频率、介电常数、机电耦合系数、介质损耗等参数存在较大的差异;在液氮低温环境下,压电材料的谐振电阻、谐振频率、介质损耗都存在不同程度的增大,介电常数、平面机电耦合系数均存在不同程度的减小,液氮低温环境会对BaTiO3及钛酸锶钡的介质损耗造成不可逆的影响。

基于等效电路模型的超声波电机串联谐振频率识别方法

在超声波电机运行过程中,由于负载、温升等因素的影响,电机的串联谐振频率会发生漂移。为了对电机进行精确控制,需要准确识别并跟踪电机的串联谐振频率。基于超声波电机的Butterworth-Van Dyke(BVD)等效电路模型,提出电机的串联谐振频率识别方法。利用电机端电压和端电流作为反馈信号,对反馈信号进行处理得到差分电压,进而得到电机端电压与差分电压的相位差,并分析了该相位差与串联谐振频率的关系。在此基础上,设计了相应的电路实现方案,制作了电路实物,采用所提出的方法对样机的串联谐振频率进行识别,并用阻抗分析仪测量了样机的串联谐振频率。结果表明:利用所提出的方法识别得到的串联谐振频率与试验测量得到的串联谐振频率相吻合,证明所提出的超声波电机串联谐振频率识别方法的准确性。

电路参数对RLC串联谐振电路特性影响的实验研究

由于谐振电路具有良好的选择性,在通信与电子技术中得到了广泛的应用,串联谐振时电感电压或电容电压大于激励电压的现象在无线电通信技术领域获得了有效的应用。本文采用实验方法,通过保持电阻、电感不变,改变电容;保持电阻、电容不变,改变电感;保持电感、电容不变,改变电阻三种方式,研究了电容、电感、电阻等电路参数对RLC串联谐振电路特性的影响,得到电路谐振时谐振频率、通频带宽度、电感线圈等效电阻、品质因数随电感、电容、电阻变化的规律及不同元件参数对品质因数影响的不同机理。

超声手术刀声学系统设计和实验

为兼顾阶梯型变幅杆的高放大系数以及曲线过渡变幅杆突变截面处的高疲劳强度,提出了一种最速曲线过渡段的复合变幅杆,并对装配有该变幅杆的超声刀声学系统进行一系列实验。首先,基于等效电路法,设计了夹心式压电换能器和最速曲线型变幅杆的基本结构。在此基础上,结合超声刀的工作条件和材料特性,对换能器-变幅杆基本结构进行精确设计。然后,利用有限元法和实验法获取了换能器纵振频率以及频率响应曲线,证明了该文所设计换能器的有效性。最后,对所设计的换能器进行了一系列测试。结果表明:应用最速曲线的超声刀换能器谐振频率与输出端振幅与设计目标、仿真结果相吻合,连接负载后凝血,切割效果良好,满足设计需求。

Janus-Helmholtz换能器的振动模态谐振频率理论分析研究

Janus-Helmholtz换能器利用驱动振子纵向谐振与Helmholtz谐振腔的液腔谐振耦合,具有大功率、宽带声发射特性.传统观点认为导纳曲线中低频谐振峰对应液腔谐振频率,而高频谐振峰对应纵振动谐振频率,然而大量的实验研究发现该结论存疑.本文结合一只Janus-Helmholtz换能器实验样机的实验结果,运用等效电路法结合有限元法分析并求解了驱动振子纵向模态的谐振频率,使用有限元法分析并求解了Helmholtz谐振腔的液腔谐振频率.研究结果表明,与传统观点相反,导纳曲线中第1个谐振峰为驱动振子的纵向谐振,第2个谐振峰为Helmholtz谐振腔的液腔谐振;Janus换能器4个大尺寸辐射面带来的可观辐射质量是造成纵向振动谐振频率在水中大幅度下降的原因;Janus-Helmholtz换能器中存在两个等体积的Helmholtz共振腔而非传统认为的仅存在一个共振腔.这些结论对于正确认识Janus-Helmholtz换能器的结构及性能特性起到了正本清源的作用,也为优化创新该换能器的结构、改善换能器的声发射特性提供了技术支撑.

压电谐振器等效电路参数的测量

压电谐振器是测量压电材料性能的基本元件。该文基于微波网络理论和压电谐振器的特性,提出了一种利用网络分析仪和电容测试仪测量压电谐振器等效电路参数的方法,并推导出等效电路参数与谐振频率、反谐振频率和插入损耗的关系式。制作了3种压电谐振器样品,用网络分析仪和电容测试仪测量了这3种样品的性能参数,计算出压电谐振器的等效电路参数。最后用微波仿真软件仿真的等效电路传输曲线与实测曲线吻合,从而验证了该方法的有效性。与传统方法相比,该方法具有快速、简单的优点。

楔形超声切割刀的等效电路模型及其工程设计分析

为优化楔形超声切割刀的工程设计理论,基于变截面弹性体的波动方程,推导了楔形超声刀的等效电路模型。利用等效电路法、有限元法分别计算了楔形超声切割刀的谐振频率和放大系数,根据计算结果设计并制造了相应的实验样品。测试了实验样品的谐振频率、位移放大系数等关键参数。结果表明:楔形超声切割刀的等效电路为非互易二端口等效网络,共振频率的理论计算结果与实验测试结果之间的相对误差小于5%,等效电路法、有限元法和实验测试所得楔形超声切割刀的共振频率和放大系数结果一致。楔形切割刀的有效机电耦合系数随着纵向尺寸的增大而减小,其位移放大系数随着纵向尺寸增大而增大。研究结果为楔形超声切割刀的工程设计提供了简明理论和设计模型。

频率偏移对超声换能器性能的影响规律

针对超声换能器谐振频率偏移所造成的不确定性影响展开仿真实验研究。首先,建立换能器等效电路模型及其状态方程,针对单一谐振频率换能器进行仿真实验,明确频率偏移与换能器振幅的定量关系;然后,针对多谐振频率换能器进行仿真实验和数据分析,明确频率偏移、谐振频率和换能器性能三者之间的定量关系。结果表明,相同的频率偏移量对于高谐振频率换能器的工作性能影响更大。

电机宽频等效电路模型的快速建模方法

提出了电机宽频等效电路模型的建模方法。通过测量获得电机端部阻抗幅频特性,根据幅频特性的第一个谐振点信息,将幅频特性曲线划分为若干个区域,每个区域用一个谐振单元等效,构建出电机宽频等效电路拓扑;每个谐振单元的R、L、C参数通过该区域的谐振点和任一非谐振点的频率和对应的阻抗值计算获得。用该方法建立了直流电机和交流电机的宽频等效电路模型,并在Saber软件中进行了仿真。将直、交流电机宽频等效电路模型的阻抗幅频特性仿真结果分别与测试结果和参考文献的仿真结果进行了对比。在直流电机端部阻抗特性拟合频段0.1～50MHz的范围内、交流电机端部阻抗特性拟合频段0.1～40MHz的范围内,验证了电机宽频等效电路模型的正确性与可行性。

压电换能器谐振频率动态检测的研究

超声波换能器串联谐振频率的检测和研究都是基于静态分析,因而存在无法对实际应用电路进行动态参数的识别和实时跟踪的缺点。基于压电换能器的等效电路,结合导纳圆分析,提出了一种检测换能器谐振频率和相关参数的方法。该方法对超声波电源实现自动识别、跟踪以及动态匹配压电换能器谐振频率等具有非常重要的参考作用。动态检测结果表明,该方法可以较好地检测出压电换能器的谐振频率。

基于有限元法的电力变压器绕组集总参数电路仿真建模

频率响应法常与变压器绕组等值电路结合起来共同分析变压器的频响机理和绕组状态,而绕组建模是必要的基础性工作。为此,提出了一种基于有限元法的变压器绕组建模方法。利用有限元仿真软件ANSYS Maxwell建立了电力变压器（容量为400kVA,连接组别为YNyn0）的有限元模型,结合推导的基于单饼的变压器绕组纠结和顺序缠绕方式的等值纵向电容计算方法,求解得到了变压器的主要电气参数并搭建了绕组的等值集总参数电路,然后对健康和饼间短路故障绕组进行了仿真和实测研究。研究结果表明：缠绕方式是绕组建模需要考虑的一个重要影响因素;健康绕组和短路故障绕组所得仿真和实测扫频频响曲线走势均大体一致,部分谐振点谐振频率几乎重合,前者第3、4、6、7个谐振峰值和第2、4、6、7、9个谐振谷值对应频率基本一致,最大误差为6.76%,验证了电路模型以及计算方法的正确性。该建模方法具有直观、方便、简单的特点,后期可用于探索研究更多变压器绕组变形,辅助实现故障模式识别等。

一种改进型的有源阻尼方法与谐振抑制机理分析

针对弱电网环境下光伏并网系统容易出现谐振现象,提出一种基于PIR电流控制器的改进型有源阻尼抑制策略,推导出改进型抑制策略下逆变器并网系统受控源等效电路模型;基于该等效模型,运用电路分析理论中的叠加原理分析逆变侧和网侧引起的谐振及其抑制机理,并与常规PI控制策略进行对比,从理论上得出改进型有源阻尼方法对系统谐振抑制的有效性。最后,不同控制策略下的并网仿真实验结果进一步验证所提方法的正确性和有效性。

基于CPCM的复转矩系数法在复杂电力系统SSR问题研究中的应用

基于电力系统元件复频域端口导纳矩阵模型,采用分散消元的复转矩系数法,可方便地生成全系统复频域网络方程,有效降低计算复杂度;经适当处理后,可准确计及其他发电机组的轴系动态过程和其他转速控制元件的作用及其对被研究发电机组电气阻尼特性的影响。对某典型火电基地经串补输电系统的次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)特性及静止无功补偿器对SSR问题的抑制进行分析,并结合时域仿真验证分析结果的有效性。研究认为,在进行多机系统SSR问题复转矩系数分析时,需计及系统其它发电机组轴系动态和转速偏差对待研究机组阻尼特性的影响。同时,该方法可以根据网络结构的变化快速修改网络方程,以适应任意网络结构的次同步谐振分析,为研究复杂电力系统的SSR特性及抑制措施提供了有效手段。

超磁致伸缩超声换能器的结构与谐振频率分析

基于电路理论和系统动态方程提出了超磁致伸缩换能器的系统化整体结构设计方法。建立了超磁致伸缩超声换能器的有源元件Terfenol -D棒和各振动组件的机电等效电路 ,与电路理论相类比推导出谐振状态的频率方程 ,求解频率方程得出换能器各部分的结构尺寸。以这些尺寸为依据 ,用数值计算软件计算磁致伸缩棒中磁场分布情况。用有限元法建立了换能器的磁 -机械耦合动态方程 ,结合磁场分布情况 ,求解动态方程得出谐振频率 ,与给定谐振频率对比并校核原结构设计 。

石英音叉陀螺不同谐振频率点性能分析

分析了石英音叉陀螺驱动端振动速度幅值在3个不同谐振频率点的稳定性。首先根据机电等效理论得出陀螺驱动端的串联支路电流等效于音叉叉指振动速度;然后通过分析串联支路导纳的幅频特性,得到串联支路电流在不同谐振频率点处对频率的敏感度不同;最后针对闭环驱动电路中存在的微小频率跟踪误差,对等效电路进行仿真分析,得出了在串联谐振频率点处对陀螺进行闭环控制将使音叉振动速度幅值波动最小的结论。

HIRFL注入器高频腔体与高频机的匹配

叙述了兰州重离子加速器注入器(SFC)高频系统的200kW高频机与高频腔体的功率匹配,匹 配测量系统的工作原理,以及对匹配系统的改进和完善,并对高频腔体的输入阻抗和耦合电容进行了计算。为 提高高频系统的稳定性和可靠性,对影响高频功率传输和D电压提高的问题进行了深入的研究和改进。采用 矢量阻抗仪冷态测量腔体匹配阻抗的方法和一些相应的技术和措施,用矢量电压表动态测量功率输出级的相 位差,判断D电路是否工作在匹配状态,从而使SFC的D电压由原来的50～65kV(不稳定)提高到稳定工作 的105kV,改善了SFC的工作状态和保证了SFC的高效运行。

夹心式压电陶瓷超声换能器厚度振动特性

研究了一种夹心式压电陶瓷高频超声换能器的厚度振动特性.换能器由前后金属盖板、厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环共轴连接而成.其横向尺寸远大于纵向尺寸.应用一维设计理论,分析了压电陶瓷圆环的厚度振动特性,得出了其机电等效电路和共振频率方程.并用网络级联理论,推出压电陶瓷晶堆的机电等效电路.设计并制作了一组厚度振动夹心式压电陶瓷超声换能器,对其共振频率进行测试.实验表明测量值和理论计算值符合较好.

薄圆环扭转振动及其等效电路研究

研究了各向同性薄圆环振子的扭转振动,推导了薄圆环振子扭转振动的波动方程和机电等效电路.在此基础上,得出了振子空载时共振频率方程和振子共振频率的表达式.利用数值方法,求出了共振频率的理论值;并利用Ansys软件,对薄圆环振子进行了有限元模拟,得到了其共振频率的模拟值.

渐近波形估算方法在金属导体部分元等效电路模型缩减中的应用

利用部分元等效电路(PEEC)对金属导体进行建模后,通过对角解耦求取系统缩减等效电路时会耗费大量的计算时间和计算机资源。因此,本文根据缩减系统总导纳和原始电路总导纳相等的关系,将两种情况下的总导纳对复频率s进行幂级数展开并令对应的系数相等,得到了以解耦缩减等效电路参数为未知量的非线性方程。在此基础上,利用渐近波形估算方法(AWE)对系统进行缩减处理,给出了考虑集肤效应时独立于频率之外的解耦缩减等效电路模型,得到了对应的电阻及电感参数,并通过算例验证了该缩减方法的正确性。本文研究成果为PEEC方法和AWE模型缩减方法的广泛应用奠定了基础,具有较重要的理论和工程应用价值。