压电能量收集技术的研究及应用

面对能源紧缺和电子产品的能耗越来越低,从环境中获取能量越来越受到重视,尤其压电能量收集技术受到更多的关注。文章在介绍压电能量收集技术的基础上,综述了国内外的最新研究和应用进展,举例说明了压电能量收集技术的应用,以微型压电能量收集装置为重点,并根据目前情况提出今后的发展趋势,随着智能应用的需求,压电能量收集技术将于微小型耗电的设备的应用中普及化。     

薄圆桶压电振子的弯曲振动分析

薄圆桶压电振子是薄金属圆桶底部粘合压电陶瓷圆片的振动元件.文章利用瑞利—里兹法,采用弹性边界约束条件,对薄圆桶压电振子的振动特性进行理论分析,推导得到压电振子振动频率方程,通过数值计算分析支撑结构对压电振子频率的影响,为该类传感器的研制提供设计依据.经分析计算,当压电振子中陶瓷圆片结构确定时,振子的谐振频率随支撑结构厚度的增加、半径的减小而增大.其中当金属底面厚度与振子总厚度之比在0.5～0.75之间时,振子谐振频率变化缓慢,当两者厚度比超过0.75后,谐振频率迅速增高;而当压电圆片与支撑结构半径比在0.4～0.9之间变化时,振子谐振频率随两者半径比的增大而增加,变化斜率也略有增大.     

基于有限元仿真的水声换能器声学性能研究

论文运用基于COMSOL有限元仿真的方法,分析了压电换能器的声学性能。首先设计了长度为1mm,宽度为0.5mm,厚度为0.5mm的压电陶瓷晶体,通过仿真得到了以陶瓷晶体为中心的90°角范围内的近场声压场、远场声压级以及电位移矢量。然后通过改变压电陶瓷材料的介电常数,分析了介电性能的变化对换能器声压强度的影响。最后通过改变压电材料的厚度,研究了厚度的变化对换能器声压强度的影响。研究结果表明压电晶体的厚度越小、介电常数越大换能器的声学性能越好。     

船舶智能结构压电分析Patran/Nastran开发及应用

针对船舶智能结构控制的需要,对大型通用软件Patran/Nastran进行了二次功能开发,实现了该结构分析软件的压电分析功能,并进行了船舶智能结构的振动控制研究.利用层合板湿热本构方程和压电本构方程的相似性,基于通用有限元软件Patran/Nastran中的湿热分析功能,利用Patran Command Language(PCL)语言,进行软件二次开发,在Patran/Nastran软件中开发了压电结构分析功能,并建立了方便友好的压电结构分析用户界面.应用所开发的功能,进行了船舶压电智能结构静力学分析的研究,并用算例验证了其可行性.从本文的算例中可以看出,无论是采用体单元还是壳单元对模型进行有限元网格划分,所开发的压电分析功能均能很好实现.本文研究成果可为船舶智能结构研究提供分析工具和理论参考价值.     

基于压电陶瓷的振动能量采集系统研究

为了设计一款能够采集振动时振动能量的压电能量采集系统,通过压电陶瓷将振动产生的机械能转换为电能,通过能量采集系统实现能量的收集,为传感器的应用场景拓展空间,促进物联网的发展。采用加速度测试系统,测量振动时的加速度。根据该加速度的大小和频率分布,对现有的压电器件的结构进行优化,设计一款能够将振动产生的微能量进行采集的压电能量采集系统。本项目将采集实际生活中的振动加速度数据,并将该数据导入计算机模拟仿真程序,使用最小二乘法优化算法,对现有的压电能量采集系统进行优化,以适应应用场景。     

压电陀螺仪在减摇鳍中的应用

本文主要分析了机械陀螺与压电陀螺特性，并介绍了压电陀螺在舰船减摇鳍装置中的应用。     

基于分布式压电片的圆柱壳结构振动功率流主动控制研究

对基于压电片作用的圆柱壳结构振动功率流主动控制进行了研究,原始激励假设为周向余弦分布线力形式,使用压电片作为控制激振器。以输入壳体的总功率流为控制目标函数,利用导纳函数将其表示成外加电压的二次型函数形式求解最优控制电压。通过计算分析发现,压电片与原始激励间的轴向距离及压电片周向粘贴位置,都会对控制后输入壳体的总功率流产生较大影响,且影响形式不同。     

基于分布式压电片的圆柱壳结构振动功率流主动控制研究

对基于压电片作用的圆柱壳结构振动功率流主动控制进行了研究,原始激励假设为周向余弦分布线力形式,使用压电片作为控制激振器.以输入壳体的总功率流为控制目标函数,利用导纳函数将其表示成外加电压的二次型函数形式求解最优控制电压.通过计算分析发现,压电片与原始激励间的轴向距离及压电片周向粘贴位置,都会对控制后输入壳体的总功率流产生较大影响,且影响形式不同.     

船用柴油机喷油系统夹持式压电传感器的设计与应用

分析了夹持式压电传感器结构特点和力学模型,并对使用夹持式压电传感器测量柴油机高压油管喷油压力信号的基本问题进行了讨论。     

基于声振耦合理论的压电智能板结构水下声辐射控制研究(英文)

对水下结构声辐射压电控制的压电片布置问题进行了深入的理论和数值分析.首先基于声振耦合理论,对低频段声辐射板的压电传感器和作动器的布置做了定性的分析,给出了声辐射功率与结构模态比和模态积之间的关系式.其次基于有限元/边界元数值计算方法,对所提出的压电片布置方案进行了辐射声场控制的定量计算.通过计算比较可以看出,基于声振耦合理论的压电片布置方案在低频段所得到的多阶模态控制效果,优于基于振动模态应变贴片理论控制方法所得到的控制效果,可以用来进行流体加载板结构声辐射控制的设计和预测.     

(Na0.5 Bi0.5)TiO3基无铅压电陶瓷的研究与应用

（Nao．5Bi0．5）TiO3由于具有较强的铁电性和较高的居里温度，被认为是无铅压电陶瓷最有希望的候选材料之一。概述无铅压电陶瓷的发展，总结近年来国内外研究者在（Nao．5Bi0．5）TiO3，基无铅压电陶瓷方面的研究工作，并介绍（Nao．5Bi0．5）TiO3，基无铅压电陶瓷制备技术的进展以及该材料在相关电子器件中的应用。     

浮岛式波浪能压电发电装置的结构设计与应用

提出一种简单高效、制造方便的浮岛式波浪能压电发电装置,浮岛随波运动使压电陶瓷产生形变,获得的电能经整流后由并联的超级电容器存储并收集。该装置以多浮岛为运维载体,引入压电效应开发利用波浪能,具备能量输出稳定、能量密度更高、可构建发电网络等优势。试验结果表明,增加振动频率可有效提高压电发电设备的电流与效率。压电发电装置可取代或淘汰电池供电方式,适应复杂水文地质条件下的环境监测、气象预测、科考探察、军事监管等领域低功耗无线传感器设备自给式供电的应用需求。     

北京长城无线电厂研制成功微型平面剪切式压电加速度计

北京长城无线电厂在研制生产振动测量分析仪器的同时,着眼配套开发新型传感器,继研制生产三角剪切式压电加速度计,并初步形成系列之后,最近又研制成功了微型平面剪切式压电加速度计。传感器技术是信息技术的重要组成部分,是采集信息的可靠手段。压电加速度计是一种用量最多的传感器,其成本低,结构简单,主要用于振动和冲击的测试。加速度     

基于压电陶瓷的柴油机电控喷油器的研究

相比传统电磁阀喷油器,压电陶瓷喷油器在诸多方面拥有无可比拟的优势。文章研究了压电陶瓷的特性,发现了目前应用中存在的主要困难,并提出了选材、算法等方面的解决方法。在对压电陶瓷型喷油器系统控制算法的研究过程中,提出了单神经元自适应PID算法,使闭环系统在诸如响应时间、控制精度等各方面的性能均得到有效改善。     

8530 TEU集装箱船中压电力系统的配置

以国产8530 TEU特大型集装箱船的电力系统为背景,将中压电系统与低压电系统进行比较,阐述船舶中压电力系统的组成、安全措施和保护功能,介绍中压岸电新技术,归纳中压电系统的特点。     

基于Hamilton理论的压电材料智能叠层板的固有频率分析

根据压电材料修正后的Hellinger-Reissner(H-R)变分原理,推导了各向异性压电材料Hamiltonian等参元的一般形式,应用该等参元分析了具有机电耦合效应的正交异性叠层板的自由振动问题.首先将叠层板的压电层和主体层看作独立的三维体,应用Hamiltonian等参元离散各层,分别建立了各层的方程;考虑到主体层和压电层连接界面上广义应力和广义位移的连续性,联立两者的方程得到整体结构的控制方程.以四边固支的矩形叠层板为例进行了的数值分析,并与有关文献的结果进行了比较.     

压电层合柔性梁振动主动控制

智能材料因其低质量、宽频带和强适应性等特点,在柔性结构振动主动控制方面有了极大的应用.基于Mindlin一阶剪切变形理论,考虑机电耦合作用,推导了含电势自由度的4节点四边形压电层合板/壳单元的有限元列式,并对含压电层的典型柔性结构的动力特性进行了分析.采用精细积分法计算结构的状态空间响应,用线性二次型调节器( LQR)方法设计输出反馈控制器,实现了压电层合柔性梁的振动主动控制.     

鱼雷压电惯性引信

本文阐述了触发引信在鱼雷引信中的应有地位。通过对鱼雷压电惯性引信与传统惯性引信的性能对比，展现了鱼雷压惯性引信的优越性和发展前景，并提出了研制鱼雷压电惯性的关键技术问题。     

压电类船舶智能结构动态特性分析

振动是存在于船体结构中的一个普遍现象,它所带来的危害一直为人们所关注.文章根据振动主动控制原理,建立了以压电陶瓷作为执行器和传感器的甲板振动主动控制模型,通过控制甲板的边界,达到减振的效果.利用结构动态特性灵敏度分析相关理论,进行了试验模型结构模态参数特征向量灵敏度分析,确定了压电陶瓷驱动器在施加控制后结构阻尼、刚度的变化对振型变化的影响程度.计算结果表明试验模型结构振动位移的减小主要取决于压电陶瓷驱动器所引起的结构阻尼变化.     

基于PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术

本文针对入水冲击压力测试问题展开研究,自行设计了基于PVDF压电薄膜的传感器和用于标定该传感器的立式Hopkinson压杆标定系统,对PVDF压电薄膜传感器进行标定。在此基础上进行入水冲击压力测试试验,测得了不同入水速度下的入水冲击压力,并结合数值计算的结果对试验数据进行了对比验证,基本验证了基于PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术的可行性。本文研究成果可以为射弹入水冲击压力的预报及测试提供一种技术手段,为结构设计提供一定基础。