压电叠堆

摘要： 在低温风洞试验中,通常采用压电叠堆实现悬臂支杆的振动控制。然而,随着温度的降低,压电叠堆的最大自由位移和最大输出力将显著降低。本文提出了一种方便有效的压电堆加热结构方案,当环境温度下降时,该结构可以使压电堆在工作温度下工作。首先,采用聚酰亚胺加热膜包裹压电叠堆,然后在外部用气凝胶材料包裹以实现隔热目的。压电叠堆的两端与有效载荷结构直接接触。接着,对压电叠堆的热传导问题进行了一维和二维理论分析。最后,采用有限元方法验证了理论分析的结果。有限元计算结果与二维理论结果具有良好的一致性,仅观察到0.91 K的微小偏差,显示了本方案在低温下保护压电叠堆的潜力。

摘要： 针对压电叠堆的固有非线性迟滞现象,提出了一种迟滞模型。基于经典Bouc-Wen模型的基本思想,对其率相关的局限性进行优化,在此基础上构建了广义Bouc-Wen迟滞模型,在不提高模型参数辨识难度的同时,保证了模型在不同速率下仍具有较高的精度。为了验证模型的有效性,利用相关实验设备对其进行实验验证,结果表明,该模型在1 Hz、10 Hz、50 Hz、100 Hz信号下,最大平均误差为0.93μm,最大误差率为8.02%。仿真和实验结果证明,本迟滞模型在不同速率下具有可行性,为相应前馈控制器的设计提供了理论基础。

摘要： 通过分析压电叠堆的工作特性,设计了一种以高压运放PA41为核心器件的电压控制型压电叠堆驱动电源。阐述了两种驱动电路方法并选择合适的方案,分析了驱动电路原理并完成电路元器件选型。最后搭建实验平台对驱动电源进行实验测试,分析其输出特性曲线及输出误差的原因。实验结果表明,此电源调节方便,响应迅速,能有效应用于压电叠堆的驱动控制。

摘要： 为提高压电叠堆在低频振动下收集的能量,将压电蜂鸣片周边固支附着在压电叠堆和质量块之间,设计了一种压电叠堆—蜂鸣片复合俘能器。通过分析复合俘能器的动力学模型,给出了俘能器结构参数选取方法。结果表明:蜂鸣片一方面作为弹簧可以降低俘能器谐振频率,提高叠堆俘能功率;另一方面作为俘能器能够收集能量;在124Hz,10m/s^(2)的振动条件下,蜂鸣片和叠堆发出功率分别为4.94mW,3.44μW,能够使蓝牙温湿度计连续工作。

摘要： 研究了一种具有管状叠堆结构的圆管换能器,其敏感元件是由纵向极化压电陶瓷单元组成的薄壁管状压电叠堆,探讨利用管状叠堆纵向和径向振动耦合实现宽带发射。利用压电柱壳振动理论推导了管堆的频率方程,分析了换能器的纵向和径向模态的振动耦合特性。在理论分析的基础上利用有限元方法对换能器的带宽和发射电压响应进行优化并研制换能器样机。测试结果表明,纵向极化的管状压电叠堆结构具有良好的发射电压响应和宽带特性,与理论及仿真结果相符。

摘要： 利用压电叠堆驱动封闭管腔中液体介质进行正弦运动,以实现液压管腔中压力的正弦变化.依据压电叠堆的压电效应和管腔谐振原理,设计了单压电叠堆和双压电叠堆两种结构形式的高频正弦压力激励源,并对两种装置进行了对比.研究结果表明:双压电叠堆式装置产生正弦压力的方式新颖,工作频率高达30 kHz,产生的正弦压力幅值大,正弦波形失真度小,且在同一频率下可调节正弦压力幅值与波形,可满足压力传感器和测试系统对动态压力的计量与校准需求.

摘要： 针对微型化人工眼球转动驱动长期以来存在的难题,提出一种利用惯性冲量式压电执行器构造紧凑旋转驱动结构的技术方案,并使用不对称锯齿波信号激励的压电陶瓷叠堆作为驱动源.结果表明,在驱动信号上升沿占周期比为0.95、激励电压为125 V、激励频率为1 kHz、滑动摩擦力为1 N的条件下,结构最外端的微镜头线速度可达2.08 mm/s.该方案具有结构紧凑、精度高、响应快等特点,为仿生眼球等视觉目标跟踪设备提供了一种新的精密驱动手段.

摘要： 针对双压电二维叠堆执行器的输出迟滞性问题,该文设计了一种双压电复合控制方法。先建立执行器数学模型并完成参数辨识,再结合非对称Bouc-Wen模型与增量微分、积分及比例(PID)模型,完成复合控制模型的建立,最后基于数字信号处理(DSP)控制器完成前馈控制、增量PID控制与复合控制的实验对比。结果表明,该复合控制方法能有效抑制执行器的输出迟滞性,当驱动电压峰-峰值为96 V,频率为500 Hz时,执行器滞环率仅为未控制时滞环率的31.6%,远低于前馈控制时滞环率(74.2%)及增量PID控制时滞环率(167.8%)。

摘要： 为了实现压力管道智能监测与检测的自供电技术,探讨管道压力脉动能量采集技术,本文提出了一种具有力学放大器的增强型压电叠堆俘能器.基于牛顿力学原理理论推导了力学放大器的放大系数,利用有限元方法对俘能器进行了谐响应分析并讨论了结构参数对输出电压的影响规律,通过实验研究了力学放大器与管道中的扰流体对俘能器俘能效率的影响.研究结果表明:通过调整力学放大器的结构能够有效提高俘能器的开路输出电压,在水流管道中添加扰流体有利于提高管道内压力脉动,进一步提高了俘能器的输出功率.本文的研究结果对压力管道能量收集器的设计和应用具有重要的借鉴意义.

摘要： 基于压电叠堆的结构特征,设计并研制了压电促动器,确定了压电促动器的最佳预紧力;将该预紧力下的压电促动器与惯性质量块连接组成惯性式压电促动器,研究了其减振效果.结果表明:压电促动器的最佳预紧力为225 N,该预紧力下的最大输出位移为10.35μm;在压电促动器最大输出位移为10.35μm、惯性质量块质量为130 g的减振试验装置中,振动频率为50,75,100 Hz时,惯性式压电促动器均具有良好的减振效果.

摘要： 为了实现超声电机的低电压高效驱动、高温运行和微小型化,综合考虑了压电陶瓷配方及工艺、压电叠堆和超声电机三个方面,研制了V形直线超声电机.优选硬压电陶瓷配方,采用无压低温共烧工艺,研制出适合于超声电机的高性能压电叠堆.所研制压电叠堆的断面SEM形貌图表明,该压电陶瓷体系具有良好的与Ag电极多层共烧特性.电容频谱测试结果表明,每个压电叠堆表现出较好的一致性.所研制的0.5％ Co掺杂Pb0.98Bi0.02Zr0.51Ti0.48 Zn0.01O3压电陶瓷,950°C烧结5小时,压电性能参数如下:相对介电常数为1190,压电常数为270pC/N,机电耦合系数分别为0.54 (Kp)、0.46 (Kt),居里温度为346°C,介电损耗角正切为0.6％.在结构动力学分析的基础上,设计和试制了基于该种压电叠堆的V形直线超声电机原型样机.在激励电压为15V、频率为33000Hz、电流为1.7A的实验条件下,样机的无负载最大速度为30mm/s,最大推力为2.2N.

摘要： 为了实现超声电机的低电压高效驱动、高温运行和微小型化,综合考虑了压电陶瓷配方及工艺、压电叠堆和超声电机三个方面,研制了V形直线超声电机.优选硬压电陶瓷配方,采用无压低温共烧工艺,研制出适合于超声电机的高性能压电叠堆.所研制压电叠堆的断面SEM形貌图表明,该压电陶瓷体系具有良好的与Ag电极多层共烧特性.电容频谱测试结果表明,每个压电叠堆表现出较好的一致性.所研制的0.5％Co掺杂Pb0.98Bi0.02Zr0.51Ti0.48Zn0.01O3压电陶瓷,950°C烧结5小时,压电性能参数如下:相对介电常数为1190,压电常数为270pC/N,机电耦合系数分别为0.54(Kp)、0.46(Kt),居里温度为346°C,介电损耗角正切为0.6℅.在结构动力学分析的基础上,设计和试制了基于该种压电叠堆的V形直线超声电机原型样机.在激励电压为15V、频率为33000Hz、电流为1.7A的实验条件下,样机的无负载最大速度为30mm/s,最大推力为2.2N.

摘要： 提出了一种由压电叠堆做驱动元件的新型压电液压泵,阐述了其工作原理和结构设计.根据电、机械、流体之间的相互耦合作用建立了压电液压泵的动力学模型,为压电叠堆泵的设计提供了理论基础.以(O)10mmx60mm的叠堆作为驱动件,加工了压电叠堆泵样机,搭建了实验平台进行试验研究.给叠堆施加以正弦驱动电压,在0到100Hz的工作频率范围内完成测试,最大输出流量288.5ml/min,最大输出压力为68kPa.对不同阀孔和阀片尺寸下的输出特性进行了对比,实验结果显示,在保证较好的截止性能前提下,增大阀孔孔径,增大阀片长度和减小阀片厚度可提高输出流量和输出压力.

摘要： 和传统的液压泵相比,基于压电叠堆的液压泵具有输出力大、重量轻、控制性好等优点.本文使用压电叠堆作为驱动源,设计了一种新型的压电泵.为了克服压电叠堆位移小的缺点,设计了基于柔性铰链的放大机构,理论上可以将压电叠堆的位移放大5倍.通过有限元方法计算了放大机构的放大能力,结果表明该放大机构的放大倍数为3.5 ～5倍.设计了一种新型的整体开启阀片,该阀片有较好的单向截止性和频响特性.设计制作了压电泵的样机,测试了压电泵放大机构的输出位移、不同频率下的输出流量以及压电泵的输出压强.实验结果表明,压电泵的放大机构真实放大倍数为3倍左右,随频率的增大放大倍数会略微降低;在低频条件下,无负载的压电泵输出流量与频率成线性增大关系.

摘要： 为了将压电作动器用于光学领域,本文设计了一种利用压电叠堆作为为驱动元件的作动器,研究了压电叠堆作动器的步进特性.文章首先说明了作动器的放大效应是基于三角放大原理,后通过ANSYS的APDL语言实现了对原三角结构尺寸的优化,用激光干涉仪测得作动器的放大倍数可以到达7,并且通过加载阶梯电压,验证了其步进精度可达22纳米,可以很好地实现纳米级的定位和工作,为该款作动器在高精度显微镜上的应用打下了基础.

摘要： 通过模仿金枪鱼的高速巡游模式，利用压电叠堆作为激励源，设计变截面摆动振子和二级杠杆／柔铰机构，提出了一种在泵分类学上既不属于容积型泵也不属于回转型泵的新型尾鳍式无阀压电泵。泵的压差实验表明，在80V的电压激励下，工作频率为1548Hz时，泵的最高压差为52mm水柱；泵的压差随工作频率变化曲线近似为开口朝下的抛物线，额定电压下的最高压差对应着一个最优工作频率：工作频率不变时，压差随驱动电压升高而增加。由扫频试验得到了摆动振子的速度响应最大时对应的频率，与最优工作频率仅相差2.06%；同时，通过定频试验得到了摆动振子的工作振型为二阶弯振，与金枪鱼的游动模式相吻合。实验证明了泵结构设计的正确性和原理分析的可行性。

摘要： 研究了一种应用于电叠堆的微位移放大机构.机构以压电叠堆为驱动元件,通过基于三角形放大原理的正交放大机构,放大压电叠堆的输出位移.同时,设计、研制了实验装置.并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验.研究位移放大机构所允许的最大位移,以及负载对放大机构放大能力的影响,分析负载与放大倍数间的关系.实验测试结果表明,该机构具有线性良好、高分辨等特点。

摘要： 本文列举了近年来国际上压电型精密驱动器的典型结构,分析它们的工作原理、特点.在此基础上,提出一种新颖的以压电叠堆为驱动元件的整体对称结构的精密直线驱动器.这种整体对称结构采用双侧对箝、精调斜块对及整体加工等独特的结构和工艺手段,保证了驱动器工作的稳定性和准确性.对步进型精密直线驱动器进行大量试验,证实驱动器具有实用的意义.

摘要： 列举了近年来国际上压电型精密驱动器的典型结构,分析它们的工作原理、特点.在此基础上,提出一种新颖的以压电叠堆为驱动元件的整体对称结构的精密直线驱动器.这种整体对称结构采用双侧对箝、精调斜块对及整体加工等独特的结构和工艺手段,保证了驱动器工作的稳定性和准确性.对步进型精密直线驱动器进行大量试验,证实驱动器具有实用的意义.

摘要： 压电陶瓷叠堆具有响应特性好，定位分辨率高，电源功耗低，输出力大的特点。文章在分析了F-P腔滤波原理以及压电陶瓷叠堆特性后，提出了一种以压电陶瓷叠堆为驱动源的F-P腔可调谐滤波器。采用的三层结构设计方案，差分式的结构避免了压电陶瓷及机械结构尺寸对F-P腔长的限制，两套压电陶瓷的“粗调”与“微调”相结合使得宏观设计中的滤波单色性得以解决。通过COSMOS软件对柔性铰链参数与输出位移，应力分布，应变分布的关系进行仿真分析，得出柔性铰链中心厚度，切口半径，转角角度与输出参量的关系。设计出基于三角放大原理的椭圆放大机构，该放大机构采用圆弧形柔性铰链，实现了大行程，高精度的位移放大要求。

摘要： 本发明涉及一种基于不同厚度的压电材料层的叠堆压电换能器，压电材料层优选采用压电复合材料，如1‑3型压电复合材料等，或者是压电陶瓷、压电单晶等传统压电材料。本发明的叠堆的压电材料振子，由于各压电材料层的厚度不同，各压电材料层的谐振频率不同，使得叠堆的压电材料振子存在多种模态即多个谐振频率。通过合理设计各压电材料层的厚度，使压电振子中各压电材料层的谐振频率相互靠近并耦合，在较宽的频率范围内同时工作，可以使其组合频率响应不产生间断和过深的凹谷，在这一频带内将形成复合多模振动，即能有效地拓展换能器的工作带宽，实现高频、宽带地收发声波。

摘要： 本发明涉及金属叠片堆、金属叠片和用于形成叠片堆的方法。叠片堆包括至少一个设置有至少两个锁定开口(11)的锁定叠片(10)和至少一个具有至少两个通道开口(23)的通道叠片(20)，每个锁定叠片(10)配设有舌片(12)，该舌片穿过靠该锁定叠片(10)安置的叠片的通道开口(13，23)，所述舌片(12)被弯折，从而容纳在所述通道开口(23)中，并且安置在该通道开口的边部(14)上，该舌片向该锁定叠片(10)的锁定开口(11)的内部变形，并且该锁定叠片(10)和通道叠片(20)部件中的至少一个还包括锁定装置(30)，该锁定装置在所述部件中的另一个上设置的锁定接纳装置(40)中作用。

摘要： 本发明涉及一种基于不同厚度的压电材料层的叠堆压电换能器，压电材料层优选采用压电复合材料，如1-3型压电复合材料等，或者是压电陶瓷、压电单晶等传统压电材料。本发明的叠堆的压电材料振子，由于各压电材料层的厚度不同，各压电材料层的谐振频率不同，使得叠堆的压电材料振子存在多种模态即多个谐振频率。通过合理设计各压电材料层的厚度，使压电振子中各压电材料层的谐振频率相互靠近并耦合，在较宽的频率范围内同时工作，可以使其组合频率响应不产生间断和过深的凹谷，在这一频带内将形成复合多模振动，即能有效地拓展换能器的工作带宽，实现高频、宽带地收发声波。

摘要： 一种用于水流管路的加强型压电叠堆压电俘能装置，属于水力发电及低功耗新能源技术领域。由波纹管、瓶颈接口、空穴接口、底座、顶盖、铝制薄膜、磁铁块、力学放大装置A、力学放大装置B、压电堆叠和密封胶圈组成。两个磁铁块布置于力学放大装置A上且其磁性与另外两个布置于底座上的磁铁块相斥；力学放大装置B与力学放大装置A之间及压电叠堆与力学放大装置B之间采用过盈配合连接。当水流流过波纹管时会使其压力脉动增加，压力脉动传递到铝制薄膜上，使之产生振动，振动通过力学放大装置后传递到压电叠堆上，进而使压电叠堆产生变形，产生电能。本发明放大水流管道中压力脉动产生的低频振动幅值，提高能量采集效率，装置结构简单且易于推广。

摘要： 本发明属于水声学领域，具体是一种管状压电叠堆及采用该管状压电叠堆的换能器，包括管状压电叠堆、匹配层、去耦片、反声盖板、防水透声层和输出电缆。所述管状压电叠堆包含多个纵向极化的压电环、电极片、环形端盖和预应力螺杆。本发明的压电叠堆式圆管换能器利用管状压电叠堆作为敏感元件，在环形端盖上开槽形成梳状结构，能够有效增加换能器的振动模态，比普通圆管换能器具有更高的发射电压响应、接收灵敏度和工作带宽。通过改变叠堆内压电环的数量和电学串、并联输出方式，可以实现对换能器输出阻抗的调整，使其在应用中更容易与后端电路进行匹配。

摘要： 本发明涉及用于制造压电叠堆执行器的方法以及压电叠堆执行器，其优选根据所述方法制造。为了提高由各个执行器构建的压电叠堆执行器特别是在应用在潮湿环境中时的使用寿命，本发明提供了根据权利要求1的用于制造压电叠堆执行器(1)的方法，包括步骤：‑步骤A：提供至少两个执行器(2)，其构造为在电操控时分别产生沿着轴线(A)的挠曲。‑步骤B：联接至少两个执行器(2)以构成叠堆执行器(1)，使得执行器(2)的在电操控时产生的挠曲沿着叠堆轴线(S)叠加并且经由至少一个联接面(K)进行执行器(2)的力联接，该联接面小于执行器(1)在垂直于叠堆轴线的平面(E)上的投影面(P)。

摘要： 一种钹形和叠堆复合双量程压电叠堆俘能器，属于振动俘能技术领域，本发明包括本发明包括压板、支撑架、底座、压电叠堆、钹形叠堆和弹簧，采用钹形叠堆和压电叠堆复合俘能，所受外力在小量程范围内时，大量程小量程同时俘能，小量程俘能占主要部分，其受力过程是压板、钹形叠堆腔、钹形叠堆、弹簧、压电叠堆、压电叠堆腔和底座；所受外力超过小量程在大量程的范围内，小量程支撑面贴合在支撑架上，大量程俘能占主要部分，其受力过程是压板、支撑架、压电叠堆、压电叠堆腔和底座；所受外力大于大量程的范围，俘能器过载保护，钹形叠堆和压电叠堆不发生振动位移，此时没有俘能，其受力过程是压板、支撑架和底座，能够适应受力范围较大的振动环境。

摘要： 本发明公开了基于压电叠堆的多自由度压电作动器及工作方法，涉及压电作动器技术领域，能够能够在单定子的基础上实现三个自由度的旋转运动，并且结构简单、紧凑。本发明包括：定子、压电叠堆、球形转子。定子内部中空，顶部和球形转子紧密连接。压电堆叠共有四个，极化方向沿竖直方向向上，两两并列放置在定子的内腔中，形成压电堆叠方阵，压电堆叠方阵和定子紧密连接。压电堆叠方阵的对称中心与球形转子的球心在竖直方向上的投影重合。本发明可以用于替代现有方案中结构较为复杂、且体积较大的多自由度压电作动器方案，在微机械、光学仪器、航空航天、医学等高精密领域有广阔的应用前景。

摘要： 一种用于水流管路的加强型压电叠堆压电俘能装置，属于水力发电及低功耗新能源技术领域。由波纹管、瓶颈接口、空穴接口、底座、顶盖、铝制薄膜、磁铁块、力学放大装置A、力学放大装置B、压电堆叠和密封胶圈组成。两个磁铁块布置于力学放大装置A上且其磁性与另外两个布置于底座上的磁铁块相斥；力学放大装置B与力学放大装置A之间及压电叠堆与力学放大装置B之间采用过盈配合连接。当水流流过波纹管时会使其压力脉动增加，压力脉动传递到铝制薄膜上，使之产生振动，振动通过力学放大装置后传递到压电叠堆上，进而使压电叠堆产生变形，产生电能。本发明放大水流管道中压力脉动产生的低频振动幅值，提高能量采集效率，装置结构简单且易于推广。

摘要： 本实用新型涉及一种冷却装置，具体涉及一种用于压电喷射阀压电叠堆的冷却装置，包括阀体，所述的阀体内设有内部冷却管道，所述的内部冷却管道设有至少两个与外界相通的开口，所述的内部冷却管道的一个开口上连接有吸气管路，所述的吸气管路上设有空气压缩机和真空发生器，所述的空气压缩机的第一供气口和真空发生器的压缩空气入口连接，所述的真空发生器的吸气口和内部冷却管道连接，本实用新型由压缩气体在真空发生器的吸气口产生真空，在吸气口和阀体内部产生压力差，使阀体内部的高温气体自动流出阀体，可以解决直接对压电叠堆吹气扰动叠堆正常工作或直接吹气气体中水分对压电叠堆的影响。