关于钹式压电复合换能器基阵的研究

研究了钹式压电复合换能器平面均匀串联基阵及并联基阵的等静压压电性能。钹式压电复合换能器平面均匀基阵具有1－3连通型复合结构的性能特点。连接阵元的基体材料是影响换能器基阵的等静压压电性能的关键,基体越柔软实测值与理论值越接近。钹式压电复合换能器平面均匀串联基阵及并联基阵的等效等静压压电常数及等效等静压灵敏值与阵列 单个钹式换能器的相同。     

基于钹式压电阵列的新型引信发电装置设计

设计了一种基于钹式压电换能器阵列的新型引信用发电装置,使用等静压压电常效法研究了钹式换能器及其阵列的发电特性,分析了发电装置在弹药发射环境下的电能输出特性.研究结果表明,该发电装置能有效收集发射环境中的冲击能,并将其先转换为振动能再转换为持续的电能,延长了压电换能器的电能输出时间,解决了现有引信压电电源电能输出小,供电时间短等问题.     

蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计了一种新型的蝴蝶式多层压电悬臂梁。为了研究该装置中每个压电双晶梁的发电性能,建立了在自由端外力作用下压电悬臂梁的输出电压理论模型,以此用来分析压电双晶梁的开路输出电压。制作了多层压电发电装置,并搭建实验平台对装置的发电电压进行实验测试,将实验测试数据与理论计算结果进行比较,两者误差小于10%。将发电装置中的6层压电片串联后研究发现,装置的发电电压基本不变,而发电功率可达单层的6倍,说明该新型蝴蝶式多层压电悬臂梁结构可提高发电能力。     

基于分块压电悬臂梁的压电地板单元研制

为了提高压电地板的发电功率,将压电圆盘或正方形压电结构分块成悬臂梁。有限元静态分析表明,当承重和材料体积相近时,三角形分块的输出功率分别是方形分块和压电圆盘的20倍、7倍;对比分析了顶角为60°、90°、120°的三角形悬臂梁压电地板单元的发电性能,发现减薄压电片和基板厚度使踩踏位移相同时,3种压电地板单元的输出功率相同;若压电片和基板厚度相同,顶角为60°的三角形分块压电地板单元输出功率最大。用6个60°三角形压电悬臂梁制作压电地板单元,以手按压,可轮流点亮两个发光二极管。     

锯齿型压电梁的电响应分析

压电振子的工作频带宽度是影响压电振动能量收集器发电效率的关键指标。该文旨在分析一种锯齿型阵列式压电振动能量收集器结构模态频率,为压电振子的动力学设计提供参考。首先,基于弹性梁振动理论,推导了锯齿型压电梁的动力学方程,并分析了影响压电梁模态频率的因素。然后,通过COMSOL建立锯齿形压电梁的有限元模型,分析了其频响特性、功率与负载阻抗匹配特性及加速度依赖性。最后,通过实验研究测试了锯齿型压电梁的电压幅频特性曲线,验证了理论分析与仿真模拟结果的合理性。结果表明,锯齿型阵列式压电振动能量收集器能够有效地拓宽工作频带,进而提高发电效率。     

低频简支梁压电发电装置实验研究

利用制备的压电厚膜采用简支支撑方式,设计和制作了压电发电装置,并对该发电装置进行了压电发电实验研究。实验结果表明,单片压电厚膜在外加作用力频率从0²Hz发生变化时,在负载电阻值为105kΩ时可获得约130μW的最大输出电功率。研究中还发现增加并联的厚片数目可成比例地增加输出功率,因此能满足用于无线车辆检测传感器的功率要求。     

拨动式上变频压电俘能器的设计与研究

该文提出了一种基于弹簧振动平台的上变频压电俘能器,解决了低频振动能量收集效率低的问题。分析了压电悬臂梁输出功率与激励频率的三次方正相关,解释了采用上变频收集低频振动能量的原因。应用赫兹接触理论分析了拨片与压电悬臂梁的接触力,建立了拨动式激励的压电俘能器机电耦合模型。在综合考虑重叠长度和拨片厚度等影响因素后,选取厚度0.1 mm矩形不锈钢拨片。实验表明,在1g(g=9.8 m/s²)、5.67 Hz的激励信号下,单拨动式上变频V25W型压电悬臂梁输出功率可达9.6 mW,具有很强的低频能量收集性能。     

TPMS用压电发电装置研究

提出利用压电发电装置替代电池为汽车轮胎压力监视系统(TPMS)提供实时电能,在分析了压电振子安装方式、固有频率及车速对压电发电装置发电能力影响的基础上,设计了一款适合安装在车轮毂上的压电发电装置,并对其发电性能进行了试验分析和理论计算,结果表明,压电振子在既垂直于轮毂又垂直于车轮滚动方向的安装方式下,利用两片不同固有频率的悬臂梁型压电振子制作的压电发电装置产生的电能满足汽车轮胎压力监视系统(TPMS)的供电要求.     

压电陶瓷力发生装置

提出和研究了以输出推力为主要目的的压电陶瓷的应用问题，建立了一种新型的“压电陶瓷力发生装置”，并介绍了它在叠加式力标准机上的应用     

应用于智能机翼的压电致动器技术研究

该文针对新型智能机翼翼型变形控制的应用需求,研究了超临界翼型在产生微变形情况下的流谱结构及在10~500μm微变形条件下翼型的气动特性变化。研制出了用于智能机翼的压电陶瓷致动器:位移量为5~290μm,最大输出力为200N,满足智能机翼变形控制需求,验证了压电陶瓷致动器在智能机翼上应用的可行性。     

压电智能骨料传感器设计与性能研究

载荷、温度等不利的外部环境因素将影响压电智能传感器信号的接收和发射。该文设计了一种自行封装的压电智能骨料传感器（约8~15 cm3）,通过被动监测技术,对SAB、SAS两组压电智能骨料传感器进行截面抗压承载力的力学性能实验,记录被动监测信号突变点（即声发射信号）并进行分析。结果表明,0.24~0.41 MPa应力区间为压电智能骨料传感器正常工作危险区域,而0.41~0.61 MPa应力区间为正常工作的极限区域。压电智能骨料传感器实际抗压承载力的80%相当于达到了外包层C30混凝土标准抗压强度的90%,充分说明了SAS类压电智能骨料传感器具有非常好的抗压工作性能,揭示了压电智能骨料传感器在抗压等实际工程条件下的良好服役性能。     

压电智能骨料传感器设计与性能研究

载荷、温度等不利的外部环境因素将影响压电智能传感器信号的接收和发射。该文设计了一种自行封装的压电智能骨料传感器(约8~15cm3),通过被动监测技术,对SAB、SAS两组压电智能骨料传感器进行截面抗压承载力的力学性能实验,记录被动监测信号突变点(即声发射信号)并进行分析。结果表明,0.24~0.41 MPa应力区间为压电智能骨料传感器正常工作危险区域,而0.41~0.61 MPa应力区间为正常工作的极限区域。压电智能骨料传感器实际抗压承载力的80%相当于达到了外包层C30混凝土标准抗压强度的90%,充分说明了SAS类压电智能骨料传感器具有非常好的抗压工作性能,揭示了压电智能骨料传感器在抗压等实际工程条件下的良好服役性能。     

沥青路面内矩钹形压电俘能器性能仿真分析

提出一种新型矩钹形压电俘能器用于收集沥青路面振动能量。矩钹形俘能器包括2个矩钹形端帽和1个矩形陶瓷片,2个端帽黏贴在矩形陶瓷片上、下表面。当外压力作用在2个端帽的顶部,外压力通过端帽的变形转换成陶瓷片的张力,陶瓷片变形产生电压。建立了单个矩钹形俘能器的有限元模型并分析了埋设在路面下40mm的输出电压,结果表明,单个俘能器可产生约21.355V电压。研究了俘能器的结构参数对其输出电压的影响,为俘能器的设计提供参考。为大面积收集沥青路面振动能量,设计了垂直和水平两种矩钹形俘能器阵列。用有限元方法分析了两种俘能器阵列在路面下的力电特性,结果表明,两种阵列形式的俘能器都比串联单个俘能器所输出的电压高。     

压电式振动能量采集装置研究进展

压电振动能量采集装置具有结构简单,能量密度高,寿命长等优点,在无线传感器网络、嵌入式系统和MEMS等低耗能电子设备自供电方面具有广阔的应用前景。针对提高振动能量采集能力和采集效率2个目标,根据设计压电振动能量采集装置的关键技术,从压电材料、压电元件工作模态、压电振子结构、振动支撑结构和共振频率调节方法等方面对压电振动能量采集装置的国内外研究现状进行了详细论述,指出了压电振动能量采集装置的研究前景。     

一种道路用小型压电发电及储存装置的研究

为了收集并利用汽车通过公路时所产生的振动能量,设计了一种利用压电材料的正压电效应采集环境振动能量,把振动能转换成电能的道路用振动发电装置。为使压电材料和道路振动能巧妙结合从而吸收最大的外部能量,获得高的发电效率,进行了以下研究：分析了压电材料变形量对发电能力的影响,并设计了能找到压电材料产生最大电能的最小变形量的模型。通过实验分析压电片的联接方式对电能输出的影响,得到了以并联为主,串联为辅的混联电路模型。设计并制作了道路用压电发电装置模型,通过模拟实验测得其发电功率为0.061 2 W,电容储电功率为0.026 4 W,发电效率为14.42%,电容储电效率6.21%。