BiFeO_3改性BPCTZ低铅陶瓷介电和压电性能

采用固相合成法制备了(1-x)(Ba0.89Pb0.1Ca0.01)(Ti0.99Zr0.01)O3-xBiFeO3(BPCTZ-BF,0≤x≤0.01)压电陶瓷,研究了BiFeO3对BPCTZ陶瓷晶体结构,介电和压电性能的影响。XRD结果表明Bi3+和Fe3+均进入BPCTZ晶格中,形成了具有纯钙钛矿结构的固溶体。随着BiFeO3含量的增加,居里温度(tC)向高温方向移动,当BiFeO3含量为x=0.004时,陶瓷样品的居里温度达到最大值178℃。在x=0.002时,该体系陶瓷具有最佳的压电性能:压电常数d33=144 pC/N,平面机电耦合系数k P=0.242,机械品质因数Qm=184。     

宽频压电振动发电机阵列特性分析与实验

利用压电振动发电机可实现环境振动能量到电能的转化,压电振动发电机阵列可实现较宽频带的振动能量收集,压电振动发电机的特性研究通常采用机械分析方法,该文采用电路分析方法针对压电振动发电机阵列的串、并联方式进行了特性分析,利用电子电路仿真软件PSPICE对串、并联不同连接方式下压电发电机阵列的内阻及负载电压与负载功率进行了比较分析,最后设计了一台压电发电机阵列并进行了实验分析,验证了特性分析的正确性。     

Y型双入水流道双出水流道无阀压电泵研究

针对Y型流道无阀压电泵输送流体流量较小,该文设计了一种Y型双入水、双出水流道无阀压电泵结构,泵送的介质流动平稳,无湍流形成,故可用于血细胞及大分子生物基团的输送。对压电振子进行了理论分析。通过与Y型单入水流道单出水流道压电泵的实验对比,证明了用增加流道数目的方法可提高无阀压电泵输送流量的结论。     

压电陶瓷精密控制系统的自适应模糊控制器研究

针对压电陶瓷等非线性系统,建立压电陶瓷微精密位移系统模型,并将模糊控制器替换传统的比例、积分和微分(PID)控制器,实现对PID参数的在线自整定。对模糊控制器的控制变量及论域等级等进行了研究及制定,并对其进行MATLAB仿真。实验结果表明,模糊逻辑控制器比传统PID控制器的响应速度快,超调量小,且控制策略简单易行。     

有限元法分析1-3型压电复合材料换能器

1-3型压电复合材料圆柱型换能器由薄片状1-3型压电复合材料沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。根据换能器实际结构和1-3型压电复合材料等效参数模型,利用有限元法在ANSYS中分别建立了两种仿真模型。为验证等效参数模型的可靠性,实验通过改变模型结构尺寸,使换能器内半径从20mm变化到50mm,每5mm作为一个数据点进行建模。仿真计算相同结构尺寸下两种模型的径向振动频率,比较显示两种模型仿真结果接近,平均相对误差仅2.3%。因此,可利用模型II代替模型I对1-3型压电复合材料圆柱型换能器进行仿真分析,从而简化建模和计算。在此基础上,利用模型II分别模拟了该种换能器在空气和水中径向振动频率附近的导纳、发射电压响应和接收电压灵敏度等性能。     

V型双稳态压电发电机建模与输出特性分析

为对真实环境中宽带低频的振动能量实现有效收集,设计了一种不含磁铁的V型结构双稳态压电发电机,给出了压电发电机的机-电转换模型,并对输出特性进行了仿真分析。结果表明,初始夹角在一定范围内时,V型压电发电机发生随机共振,系统有效收集宽带低频的振动能量。该结构不含磁铁,有利于微型化和集成化。     

一种新型压电振动输送器的设计

为了能实现对轻、薄、小物料的稳定输送,提出了一种压电双晶片为驱动源配重式直线振动输送器。设计了压电振动输送器的结构并分析了其工作原理,建立了系统的动力学模型,推导出了双自由度系统的振动位移表达式以及近似得到系统的固有频率,制作了振动输送器的样机,并进行了试验测试。试验结果表明:在系统共振频率为120.5Hz,料道振动位移达到最大,3个测试点分别为39μm,34μm,37μm,但不影响物料输送,工作频率范围为117~124Hz,处于共振频率最大输送速度达到52mm/s。与同型号的电磁式振动输送器相比,在共振条件下研制的样机的电流仅为电磁式的16.58%,速度是其1.36倍,振幅为电磁式的32.38%,噪音降低了33dB。设计的输送器具有送速度稳定、节能、噪音小等优点。     

基于剥离工艺的晶圆材料表面形貌表征

压电晶圆表面形貌特征参数是影响光刻剥离工艺及器件批生产成品的关键技术基础。基于声表面波(SAW)器件剥离工艺,该文提出并量化了晶圆材料表面形貌表征参数体系:翘曲度(BOW)、平坦度(GBIR)、小区平坦度(SBIR)、小区平坦度合格率(PLTV)等,并给出了晶圆材料表面形貌表征参数的测试方法及对光刻工艺参数的影响。     

基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究

为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控制算法与神经元PID反馈控制算法结合得到了压电陶瓷的复合控制算法。将仅含前馈的控制算法和复合控制算法在压电陶瓷的控制器上执行,实验结果表明,仅含前馈的控制算法的跟踪误差为1.256μm,而复合控制算法的跟踪误差仅为0.092μm,该复合控制算法使跟踪精度提高了1.164μm。     

白噪声激励下双稳态压电发电系统的响应分析

研究了白噪声激励下双稳态压电发电系统的响应特性。首先利用蒙特-卡罗法模拟高斯白噪声;然后利用数值模拟和实验的方法分别分析了噪声强度、负载阻抗和初始值对系统响应特性的影响。得到了噪声强度的增加会减少双稳态系统两个稳定平衡点之间的跳跃时间。通过给出大幅运动的吸引域说明初始值会影响系统的运动状态,从而影响输出功率,当电阻为19.1kΩ时,输出功率最大。