两自由度宽频压电能量收集装置结构优化

利用ANSYS对两自由度压电振子进行仿真分析,探讨压电振子的形状对压电振子的谐振电压与带宽的影响,研究两自由度压电振子的长度、固定端宽度、自由端与固定端的宽度比、压电层与基层的厚度比以及质量块的厚度对两自由度压电振子的固有频率、谐振状态下产生的最大电压以及频带带宽的影响。通过对以上数据的分析比较对其结构进行优化,得到一个较为合理的尺寸。     

基于波纹梁的两自由度低频振动能量收集装置

为改善压电式振动能量收集装置固有频率高、能量收集效率低等问题,设计了一种基于波纹梁式压电振子的两自由度振动能量收集装置,并通过理论建模和数值仿真分析其能量收集特性。分析结果表明:与传统的单自由度和两自由度压电振子相比,含有波纹梁的压电振子的固有频率最低,且前五阶固有频率均为0~60Hz;其中,第四阶固有频率为45.92 Hz,比单自由度压电振子低419.9Hz,比传统两自由度压电振子低55.1Hz。同时,在相同条件下波纹梁式两自由度压电振子输出的电压最大,可达到28V。     

悬臂式压电振子宽频发电装置设计及测试

为了提高压电材料的发电量和发电效率,设计了一种悬臂式压电振子宽频发电装置.首先,对单个压电振子进行电压输出和相频特性分析,得出影响电压输出的影响因素.然后,对双压电振子整流后串/并联进行电压输出特性分析,当两压电振子串/并联整流后,输出的电压为两个压电振子输出电压的较大值且频宽增大.最后,对4个压电振子进行发电实验测试.结果 表明,当输出电压为30 V时,单个压电振子的有效发电频宽约为10 Hz左右,经整流后串/并联的4个压电振子串联有效发电频率为44.5～121.3 Hz,宽度约为77 Hz,有效提高了发电频宽,该装置可应用在狭窄空间自适应供电.     

双压电振子反相模态驱动的直线驱动器机理

为提高压电驱动器的定位能力,提出了一种双压电振子反相模态驱动的直线驱动器,以两组反相模态振动的独立控制的压电振子作为主压电振子和辅压电振子,分别产生机构运动的拉力和推力使驱动器在倾斜平面上直线运动.理论分析了双压电振子反相模态驱动的驱动器双向运动条件,设计研制了驱动器样机并进行了性能测试.结果表明:该驱动器能在10°倾斜角内实现定向稳定运动,机构的最小步距为5 μm,最大平均速度为22 mm/s.     

压电振子的滤波特性及对两种信号的响应分析

从理论上分析了压电振子的滤波特性和驱动原理,阐述了方波和正弦波驱动压电振子的优缺点,并通过实验分析了两种压电振子对方波和正弦波的不同响应。结果表明:压电振子的滤波程度与振动模态有关;方波的高次谐波对压电振子响应的影响很小,可忽略不计。     

悬臂梁单晶压电振子发电的理论建模与仿真

为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,对悬臂梁单晶压电振子的发电能力进行了研究.根据压电理论和热平衡原理,建立悬臂型单晶压电振子发电能力的数学模型,并对金属基板材料、基板厚度与压电片厚度对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析.研究结果表明,建立的数学模型与有限元仿真分析结果一致,压电片与基板材料存在一个最佳厚度比使得压电振子的输出电压达到最优,且最佳厚度比随着基板材料弹性模量的增大而增大,当基板材料分别为铝、磷青铜、多晶硅和钢时,单晶压电振子所对应的最佳厚度比分别为0.4、0.5、0.55和0.65,最后对以磷青铜为基板材料的压电振子进行了实验测试.实验结果表明,当压电片与基板厚度比为0.5时,压电振子输出功率最大,验证了理论分析的正确性.     

压电微喷驱动振子振动的理论分析

压电驱动振子是由压电材料层和单晶硅层复合而成.以压电微喷驱动振子为研究对象,根据压电本构方程和弹性薄板弯曲理论,应用能量法对其进行了理论分析,建立了周边固支条件下压电驱动振子振动的理论模型,推导求解了驱动振子一阶固有频率及位移函数,MATLAB编程计算结果与ANSYS软件仿真结果误差为6.6%,表明了二者的一致性.分析了激励电压及压电驱动振子结构参数对轴向振动位移的影响,研究结果可为压电微喷液滴发生器的设计及控制提供理论依据.     

平板形单振子多自由度压电马达

对提出的一种平板形单振子多自由度压电马达进行了理论设计和试验研究。利用梁函数组合法,计算了压电马达的工作模态频率,得出了布置于马达压电振子表面的各凸起之间间距的设计依据;提出凸起的尺寸应使其一阶弯曲振动频率与整个压电振子工作频率一致,给出了各凸起尺寸的选取原则。根据设计理论,制作了马达样机,对样机的运动能力进行了试验测试。结果表明:马达工作模态频率的理论计算结果接近于实测值;当驱动电压为90V、频率为45kHz时,马达绕矩形板压电振子长度方向轴向的转速为45.6r/min。     

悬臂梁压电振子频率调谐和发电能力研究

研究了一种带末端质量块的悬臂梁压电振子的频率调谐能力。理论分析了悬臂梁压电振子的结构尺寸对压电振子谐振频率和发电能力的影响关系,并分别对长度调谐和质量调谐前后的压电振子发电能力进行实验测试和对比分析。结果表明,增加悬臂长度或末端质量可以降低压电振子的谐振频率,减少悬臂长度或末端质量可以提高压电振子的谐振频率,但为达到更好的发电效果,降频调谐时,应该采用质量调谐法提高压电振子的输出功率,而升频调谐时．应该采用长度调谐法提高压电振子的输出功率．     

悬臂梁单晶压电发电振子电压输出特性的有限元仿真分析

为了解决化学电池为低功耗电子产品供电中存在的问题,对悬臂梁单晶压电发电振子的电压输出特性进行了分析。根据欧拉伯努利方程和压电学理论,建立了悬臂梁式压电发电振子的电压输出特性数学模型,并对压电振子长度、金属基板与压电晶体的长度比,以及金属基板材料对悬臂梁压电发电振子的电压输出特性进行了有限元仿真分析。结果表明：所建立的数学模型与仿真分析结果基本一致;晶体板与金属基板的长度比存在一个最佳值,使得压电振子的输出电压达到最大,且随着金属基板弹性模量的减小,压电振子的输出电压逐渐减小;当金属基板分别为不锈钢、硅、磷青铜和铝合金时,晶体板与各金属基板的最佳长度比分别为0.60,0.65,0.70,0.75。     

矩形振子驱动式分频压电骨传导助听器

为了使压电骨传导助听器对声音信号的传递更准确、更高效,提出一种具备对高低频声信号进行分频传导能力的新型压电骨传导助听器。该助听器利用方形和矩形2个压电振子独立驱动,可以将高低频声音信号分频后通过骨传导方式传至内耳。对助听器的主要部件压电振子设计参数进行了仿真分析,依据仿真分析的结果,制作了压电骨传导助听器试验样机,搭建了测试系统,对助听器样机进行了试验测试。测试结果表明,矩形和方形振子的阶跃响应速度相差约4 ms;中低频段频率响应中矩形振子的声压值突变平均超过方形振子约10 d B,中高频段频率响应中方形振子的声压值突变平均超过矩形振子约13 d B。试验结果证明该助听器可以实现声音信号的分频传导。     

新型压电输送振子振动模态有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,对用于行波型超声物料输送装置的压电输送振子进行了模态分析,讨论了压电输送振子结构参数对振动模态的影响,为压电输送振子进一步的结构参数修改提供了指导,为行波型超声物料输送装置的设计奠定了基础。     

复合型USM压电扭振子设计及其特性分析

介绍利用国产压电材料设计纵扭复合型超声波电机(USM)压电扭振子的理论和制造工艺,主要内容包括:压电材料的选取,压电扭振子的结构,根据等效电路推导出电机扭转振动模式的谐振频率方程,以及扭振子尺寸计算公式;根据实验总结了压电扭振子的制造工艺、黏接及其注意问题.并利用阻抗频谱分析仪测试了按上述理论设计的压电扭振子的频率特性.结果表明:设计理论、黏接剂的选择以及加工方法是合理可行的.据此研制的样机最大输出力矩已达10 Nm以上.     

厚度剪切压电陶瓷振子

对厚度剪切压电陶瓷振子的振动状态进行了分析并得到其等效电路。推导了振子的谐振频率、反谐振频率,以及等效电路参数与振子尺寸、振子材料的介电、压电、弹性常数之间的关系式。最后讨论了振子的一些特性和制作。     

耦合弯曲-剪切载荷L型压电振子的低宽频特性

针对传统的压电能量采集装置固有频率高、工作频率范围窄及能量转换率低的问题,基于Timoshenko梁理论提出耦合弯曲-剪切载荷的L型压电振子,研究基于L型压电振子的复合压电结构的能量采集特性. 根据无线传感器的作业环境特点,研究L型悬臂梁的长度、宽度及延伸段长等因素对压电能量采集频率、输出电压峰值及能量转换效率的影响规律. 组合不同尺寸L型压电悬臂梁,研究设计回字形布局的阵列式复合振子. 经仿真分析与实验验证结果可知,在0~250 Hz低频环境下,能量采集频率为28~36 Hz、61~68 Hz、92~99 Hz以及103~111 Hz,较等尺寸传统阵列式压电复合振子覆盖频率平均提升了260%.     

矩形压电振子式主动阀压电泵的设计及其性能

根据压电泵的工作原理,基于两端夹持式主动阀开发了矩形压电振子式主动阀压电泵,对其结构及工作原理进行了说明。计算了其理论流量,剖析了流量的影响因素。通过试验研究得出:泵在工作时阀腔压电振子与泵腔压电振子之间的最佳相位差是70°和250°。测试了阀腔压电振子在不同电压、频率驱动信号作用下压电泵的输出特性。同时,对主动阀压电泵的双向泵送能力进行了比较分析。实验结果表明:与正弦波相比,方波作为矩形压电振子主动阀的控制信号时,流量相对比较大。频率为70Hz时,最大流量为140mL/min;在高频情况下,矩形压电双晶片式主动阀压电泵的流量保持较好,圆形压电振子式主动阀压电泵的流量下降明显。     

横场长度伸缩压电陶瓷振子

本文对典型的横场长度伸缩压电陶瓷振子的振动状态进行了分析并得到其等效电路。推导了振子的谐振频率、反谐振频率、等效电路参数与振子材料的介电常数、压电常数、弹性常数之间的关系式。最后讨论了振子的某些特性。     

复合压电振子粘接层及粘接工艺的研究

研究并解决了压电晶片和粘接材料的选择、粘接层厚度的影响和控制工艺等制作复合压电振子中的技术难题 .阻抗频率特性测试的结果表明 ,复合压电振子呈三频特性 ,从而为研制双层压电结构超声波传感器奠定了良好的基础 .     

基于圆形压电振子的骨传导听觉装置

应用周边固支式圆形压电振子作为驱动元件,将音讯信号转换为振动信号,再利用骨传导方式使人感知音讯信号,在此基础上构建了圆形双晶片压电式骨传导听觉装置。对圆形压电振子进行了建模,利用有限元仿真分析,提出了压电振子支撑方式的优化方案。对设计的压电式骨传导听觉装置进行了实验测试,得到了骨传导装置结构参数对其性能影响的关系曲线。实验研究表明:压电式骨传导听觉装置的基本性能指标能够满足骨传导听觉装置的要求。     

一种新型微流体主动混合器的仿真与分析

针对本文设计的一种新型压电驱动的微流体主动混合器进行建模和仿真,对压电驱动振子进行模态分析,得到其固有频率和振型;以水为流体,对混合器和其内部流体进行流固耦合分析,得到压电振子对混合器内流场的扰动状况;分别在未施加激励和施加激励的情况下,对不同温度的水进行混合仿真实验,得到混合器内不同位置的混合状况。通过比较和分析仿真实验结果,验证了混合器的工作性能。