基于一次逆、二次正压电效应自感知执行器的研究

摘要

微机电系统(MEMS)产业近几年来在诸多领域发展迅猛。在科研领域和日常生活领域，都运用了大量MEMS器件。在未来几十年，MEMS器件会向着更小体积、更高集成度、更低功耗、更多功能的方向发展，有望替代机电系统中传统机械和电气系统器件，引起一场更小、更轻、性能更强的器件革命。
　　目前，国内外对基于压电效应自感知执行器的研究，仍是以传统压电效应理论为主，使用同一压电体，利用一次正、逆压电效应分别作为传感器和执行器的设计原理。本文主要研究基于一次逆、二次正压电效应的自感知执行器，它是对传统正、逆压电效应研究的深入与提高，无论是对压电理论体系的发展与完善，还是对微机电系统中传感器和执行器的集成均具有重要的理论意义和实用价值。
　　本文进行了压电自感知执行器理论的深入研究。在一次逆压电效应理论的基础上，进一步进行二次正压电效应的理论研究，为压电自感知执行器的应用提供理论依据。在理论基础上设计一次逆、二次正压电效应的实验结构，使用压电陶瓷进行一次逆、二次正压电效应的实验研究，实现了在同一压电体上利用一次逆、二次正双向效应完成传感器与执行器集成一体化过程中的信号分离、提取和解耦。文中提出将基于一次逆、二次正压电效应的自感知执行器应用到微流量控制领域，实验结论验证了压电自感知执行器应用于微流量控制领域的可行性，从而证实了压电自感知执行器理论的实用性。
　　本文对压电陶瓷叠堆的非线性、迟滞、重复性等基本特性进行理论分析和实验研究，通过对非线性、迟滞、重复性等固有特性成因进行了分析，得到压电陶瓷自感知执行器误差产生的原因，为提高压电陶瓷自感知执行器控制精度提供理论依据。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究意义

1．2 压电传感器和执行器的发展历史和研究现状

1．2．1 压电传感器发展历史和研究现状

1．2．2 压电执行器发展历史和研究现状

1．3 压电自感知执行器的发展历史和研究现状

1．4 论文研究的主要内容

第2章 压电效应理论基础

2．1 压电效应、压电体边界条件和压电方程

2．1．1 压电效应理论基础

2．1．2 压电体的边界条件

2．1．3 压电方程

2．2 压电材料分类

2．3 压电陶瓷的人工极化和压电机理

2．3．1 压电陶瓷的人工极化

2．3．2 压电陶瓷的压电机理

2．4 自感知执行器的理论基础

2．4．1 结构集成的自感知执行器

2．4．2 功能集成的自感知执行器

2．5 本章小结

第3章 压电陶瓷叠堆误差特性研究

3．1 引言

3．2 压电陶瓷叠堆的非线性特性

3．2．1 压电陶瓷叠堆非线性特性实验研究

3．2．2 压电陶瓷叠堆非线性成因分析

3．3 压电陶瓷的迟滞特性

3．3．1 压电陶瓷叠堆迟滞堆迟特性的实验研究

3．3．2 压电陶瓷叠堆迟滞误差成因分析

3．4 压电陶瓷叠堆的重复性特性

3．5 压电陶瓷叠堆的蠕变特性

3．6 本章小结

第4章 基于压电陶瓷叠堆的自感知执行器实验研究

4．1 主要实验设备

4．2 一次逆压电效应实验研究

4．2．1 一次逆压电效应理论分析及实验

4．2．2 实验结果与理论数据对比分析

4．3 二次正压电效应实验研究

4．3．1 二次正压电效应理论分析及实验

4．3．2 实验结果与理论数据对比分析

4．4 本章小结

第5章 压电自感知执行器的研究

5．1 压电自感知执行器的解耦与应用

5．1．1 基于电桥电路解耦的方法

5．1．2 基于观测器的自感知执行器

5．1．3 基于时分复用的自感知执行器

5．1．4 基于积分器的自感知执行器

5．1．5 压电自感知执行器应用领域研究

5．2 一次逆、二次正压电效应自感知执行器的设计

5．3 一次逆、二次正压电效应自感知执行器在微流量控制领域的应用

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

声明