基于FPGA+ARM的压电换能器阻抗测量系统设计

该文研制了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)和ARM的压电换能器阻抗测量仪,介绍了矢量伏安法的阻抗测量方法,从压电换能器的等效电路出发,分析了换能器阻抗测量方法。设计了基于FPGA的直接数字式频率合成(DDS)信号发生电路,阻抗测量前端和相敏检波电路。通过ARM系统实现了换能器等效参数计算和导纳圆显示。实验表明,该装置结构简单,测量精度可靠,满足工程应用。     

提高压电换能器导纳圆测量精度的方法研究

不同压电换能器的动态电阻、电容、电感和静态电阻、电容的值不同,这些参数均可从其对应的导纳圆中得到.分析了导纳圆测量中的两个重要影响因素:A/D转换器的量化误差、测量电阻.为提高导纳圆的测量精度,量化误差不变时不同的压电换能器需选择不同的测量电阻以保证所测量的两路正弦信号有适当的幅值比和相位差.测量电阻的值为压电换能器动态电阻值的0.15～3.5倍时,导纳圆半径的相对误差小于0.5％,测量电阻为动态电阻的0.7倍时导纳圆的相对误差最小.     

压电晶体导纳圆测量仪的设计与实现

测量压电晶体的导纳圆可以得到3对频率，用这些频率可分析超声马达、换能器以及压电器件的振动模态及其频率特征。采用DDS技术设计并实现了压电晶体导纳圆测量仪。实际测量结果表明，该仪器的测量精度较高，运行稳定可靠。该文主要介绍导纳圆的测量原理，并讨论了其中硬件与软件的关键技术环节。     

新型便携式高精度导纳仪开发

确定压电换能器等效电路参数需要使用导纳圆测量仪器.针对目前导纳圆测量仪硬件设计复杂、测量电阻阻值无法更改及上位机无法实时显示测量结果等缺点,设计了便携式高精度导纳仪.采用DC/DC转换芯片DCP010505实现了USB总线供电,简化了导纳仪电源设计.通过使用数字电位器AD8400,用户可以在上位机软件中设置测量电阻阻值大小.采用基于SPI总线通讯的模数转换芯片MAX1377,实现了对两路正弦信号的采集.最后通过实验验证了基于LPC2146的USB总线通讯的可行性,给出了上位机保存的图像及数据文件.     

压电换能器等效参数测量方法对比研究及验证

目前通过导纳圆获取压电换能器等效参数的方法较复杂,导致阻抗分析仪成本高,结构复杂,体积大及便携性差。为了更简单准确地测量压电换能器的等效参数,该文从压电换能器等效电路出发,提出了两种通过给定4个特定频率即可直接推导出换能器等效参数的方法。方法一的算法简单,只需测量4个特定频率下换能器两端电压、电流有效值;方法二需要在此基础上获得电压、电流的相位差。通过仿真分析结果表明,方法一的测量误差较大;方法二与阻抗分析仪PV520A测量结果相比其误差小于1.5%,测量精度较高。     

功率超声压电陶瓷换能器振动特性的控制

本文提出了用测量压电陶瓷圆板振动频谱和电导纳特性,研究磨边缘的压电陶瓷圆板产生能阱,用等效质量因子m控制耦合径向振动的影响。     

用微机测量压电陶瓷振子有关参数

本文介绍用微机精确测量压电陶瓷振子有关参数的程序编制要点及需要注意的问题。用微机可直接测量压电振子导纳圆上的频率值和导纳值,可方便而准确地计算出压电振子的各主要参数。     

基于FDTD的压电换能器模型

提出了基于时域有限差分法(FDTD)对一维压电换能器的机电耦合现象进行数值分析的新方法.利用时域有限差分法理论对压电材料的控制方程、牛顿方程在空间和时间上进行了心差分离散化,并首次提出了压电换能器的收发电压信号和压电控制方程间关系的迭代差分方程,借助这些差分方程,从而能直接给出压电换能器声场传播的时域信息.利用此法分析了压电换能器匹配层厚度对接受电压波形的影响,并得到了其质点速度和质点应力传播的时空分布图.另外,还提出了利用Prony法替代FFT法,从而利用更短时域响应来得到压电换能器的频域特性.仿真结果表明,提出的模型能有效分析多层压电换能器的稳态和瞬态激励响应的传播特性.     

压电器件阻抗测试系统的研制

基于压电器件的等效电路模型,利用导纳圆理论图测量压电器件阻抗特性参数及过零检测相位差测量原理,构建了一套完整的压电器件性能参数阻抗测试系统。通过单片机控制信号产生幅值固定、频率可变的正弦信号,经功率放大后驱动压电器件产生超声高频振动,并采集压电器件两端的电压、电流及相位差信号,通过串口传给上位机。上位机采用基于Labview人机交互界面,实现压电器件阻抗特性参数计算和图形显示。实验结果表明,本测试系统能测量压电器件各主要相关参数,并动态显示阻抗特性曲线,可用于压电器件的参数测试与性能评估。     

压电器件阻抗测试系统的研制

基于压电器件的等效电路模型,利用导纳圆理论图测量压电器件阻抗特性参数及过零检测相位差测量原理,构建了一套完整的压电器件性能参数阻抗测试系统。通过单片机控制信号产生幅值固定、频率可变的正弦信号,经功率放大后驱动压电器件产生超声高频振动,并采集压电器件两端的电压、电流及相位差信号,通过串口传给上位机。上位机采用基于Labview人机交互界面,实现压电器件阻抗特性参数计算和图形显示。实验结果表明,本测试系统能测量压电器件各主要相关参数,并动态显示阻抗特性曲线,可用于压电器件的参数测试与性能评估。     

实际支承工况下压电换能器等效电路实验研究

利用直接数字合成器(DDS)对夹心式换能器进行扫频,测得两个不同共振频率附近的导纳圆。通过导纳圆实验数据拟合,获得相应的等效电路参数。结果表明,在换能器不同振动模态下,等效并联电容电阻并非恒定值,而且实际支承工况下换能器系统工作时存在负阻尼效应。     

基于虚拟仪器的超声换能器阻抗分析仪设计

利用常规的信号发生器、数字示波器等测量仪器,结合计算机控制原理,从导纳圆图法测量换能器阻抗特性参数的原理出发,基于虚拟仪器的设计方法,通过计算机控制信号发生器产生换能器的激励信号,经信号调理电路处理,数字示波器采集换能器工作时的电压及电流,分析换能器的电流和电压信号及其相位差,求出阻抗特性参数.多组实验数据显示,设计的系统基本上达到了商用仪器的测量精度,能测量换能器主要特性参数,开发成本低,拓展了超声换能器性能参数的测量方法.     

超声键台换能系统支承状态下导纳特性测量

分析了无负载情况下肋环夹持装置和劈刀两个主要因素对超声键合换能系统电学导纳特性的影响情况。分析了压电换能器的等效电路，通过压电换能器的导纳圆图，确定换能器各参数的变化情况。     

超声键合换能系统支承状态下导纳特性测量

分析了无负载情况下肋环夹持装置和劈刀两个主要因素对超声键合换能系统电学导纳特性的影响情况。分析了压电换能器的等效电路,通过压电换能器的导纳圆图,确定换能器各参数的变化情况。