压电振动给料技术及装置的研究进展
基于压电材料的中低频振动能量收集研究
基于压电材料的中低频振动能量收集研究随着能源消耗的增加和气候变化的加重,开发新型高效可再生能源已成为国际社会面临的重要任务。
其中,振动能源收集技术在实现可持续能源的方面具有重要的应用价值。
压电材料是目前振动能量收集技术中最常用的材料之一。
本文将介绍压电材料的特性及其在中低频振动能量收集中的应用研究。
一、压电材料的基本原理压电材料是一种具有压电效应的晶体材料。
当施加电场时,其晶体结构发生畸变,导致材料产生四极矩电荷分布,从而产生电势差。
压电材料具有高灵敏度、高效率、广泛的频率响应范围等优点,在振动能量收集领域有着很大的应用前景。
二、压电材料在中低频振动能量收集中的应用1. 压电振动发电器压电振动发电器是一种将机械振动能量转化为电能的设备。
其工作原理是利用压电效应,将机械振动转化为电能。
常见的压电振动发电器有谐振式压电振动发电器和非谐振式压电振动发电器。
谐振式压电振动发电器利用压电材料的谐振特性,增加振动能量转化的效率。
非谐振式压电振动发电器则不考虑谐振条件,直接将机械振动能量实时转化为电能。
2. 压电能量收集系统压电能量收集系统是利用压电材料将振动能量转化为电能的集成化系统,包括多个能量转换单元、电压调节单元、能量存储单元等。
压电能量收集系统具有灵敏度高、精度高、工作稳定等特点,可以应用于各种中低频振动场合。
3. 压电扬声器压电扬声器利用压电效应将电能转化为机械振动,从而实现声音的放大。
压电材料具有高效能的振动响应,因此可以用于制作高效能的压电扬声器。
三、压电材料在中低频振动能量收集中的研究进展近年来,国内外学者对压电材料在中低频振动能量收集中的应用进行了深入研究。
其中包括压电振动发电器的设计优化、压电能量收集系统的集成化设计优化、压电材料的功能化修饰等。
例如,美国密歇根大学与俄亥俄州州立大学的学者合作研究发现,将压电材料与纤维组合成复合材料后,可以获得较高的压电转化效率和机械强度,从而实现中低频振动能量的收集。
基于压电元件的振动控制技术研究
基于压电元件的振动控制技术研究摘要:振动控制一直都是机械、精密仪器、航空等领域研究的课题,在各种新型的减振技术被提出的同时,具有良好的机电耦合特性的压电材料也被广泛的应用在减振领域。
本文利用带压电分支电路的压电悬臂梁模型,研究了利用压电元件的压电效应特性对振动结构体振动被动控制的方法,运用Matlab对该模型进行了频率响应分析,利用Ansys对其进行了模态分析,实验分析了压电元件对机械系统振动特性的影响,验证了理论的结果。
关键词:机电耦合;振动控制;压电效应;分支电路0引言随着人们对减振技术的研究,压电元件对振动控制的研究受到了广泛的关注。
振动存在于人们的生活、工作等各个领域,往往带来的是一些消极的影响。
例如,振动以弹性波的形式传播,会产生噪声污染。
振动还影响着人们的日常生活和工业生产。
比如,工厂中各种机器设备的振动幅度若超出一定的范围,将会对操作人员的健康产生极大的危害;航空发动机叶片、叶轮的振动会减少发动机的寿命,使机械零件产生疲劳,重则还会危害飞行人员的安全等。
如此可见,振动带来的危害是不可小觑的,如何降低振动对周围环境设备和人体带来的危害就变得尤为重要。
1项目介绍有些机械由于结构的复杂,在研究和加工过程中,每个环节上出现误差,都很可能造成整机产生振动。
本课题主要利用压电元件良好的机电耦合特性,将压电片表面电极与控制电路相连,压电元件作为机械部分与电路部分的媒介,以被动控制的方式来达到减振的目的。
通过给振动结构体附加压电元件并外接一个电路,改变结构的动态特性,使系统振动产生的能量转化为电能并通过其他形式消耗掉,以此来改变固有频率、振动位移的幅值和振动的衰减率等,从而起到减振的效果。
当压电片等效的电容和连入电路中的电感元件组成谐振电路的谐振频率与系统的固有的共振频率相近时,则会起到吸震作用。
电阻分支电路电阻电感分支电路图1 压电分支电路2压电材料及压电效应压电材料具有正压电效应和逆压电效应的性质,不仅能作为制动器,也能作为传感设备。
压电振动能量收集装置研究现状及发展趋势_刘祥建
ห้องสมุดไป่ตู้
电池能量密度较低、 寿命有限, 因此, 如何实现微机电 系统器件长时间的供能已成为人们亟待解决的问题。 振动作为自然界常见的现象, 由于其几乎无处不在且 具有较高的能量密度
[2 ]
, 因此对振动能量的转化及其
收集利用的研究在近几十年逐步兴起 。 目前, 用于实现振动能量收集的装置种类是繁多 有电磁式收集装置 的, 式收集装置
[6 - 19 ] [3 - 4 ] [5 ] 、 静电式收集装置 及压电
缺陷将表现得更加明显。 尽管人们运用微机电系统工 艺研制了相应的微能源器件, 比如微太阳能电池、 微锂 电池及燃料电池等, 微太阳能电池虽然可以实现长期 供能, 但其受天气、 应用场合所限制, 而锂电池及燃料
等, 其中以压电式收集装置的研究为
Current situation and developing trend of piezoelectric vibration energy harvesters LIU Xiangjian,CHEN Renwen
( Aeronautics Science Key Laboratory for Smart Materials & Structures, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016 ,China)
最多。因为与其它能量收集装置相比, 压电式装置具 有结构简单、 不发热、 无电磁干扰、 清洁环保和易于微 型化等诸多优点。随着对基于压电材料的振动能量收 集装置研究的广泛展开, 出现了各种各样的压电发电 Cymbal 结构、 装置, 如悬臂梁单晶 / 双晶结构、 叠堆形结 构等。 本文介绍目前振动能量收集常用的压电材料, 并
基于压电效应的振动能量采集技术研究与应用
基于压电效应的振动能量采集技术研究与应用振动能量采集技术是近年来新兴的能量采集技术之一,它可以将机械振动能转换为电能,用于供电。
传统的机械振动能量采集技术存在着运动部件易损坏、一般工况下效率较低等问题,因此开发一种高效且具有良好可靠性的振动能量采集技术尤为重要。
本文将介绍一种基于压电效应的振动能量采集技术及其在工业、医疗行业中的应用。
压电效应是压力作用下某些晶体(如石英、氧化锆)产生电荷的现象。
这种电荷的大小与作用在其表面上的力的大小成正比。
基于此原理,压电效应被应用于振动能量转换。
这种振动能量采集技术主要包括振动能量收集、电路能量转换和电池储存三个方面。
首先是振动能量的收集。
振动能量可以通过杆、弹簧和干涉型等不同结构的振动力传感器进行收集。
其中,干涉型振动力传感器具有更高的灵敏度和更宽的采集范围。
该传感器由两个压电陶瓷构成,当受到振动力时,两个压电陶瓷之间会发生形变,从而产生电荷。
这种传感器可以将较小的振动力转换成电信号,并输出到接收电路中。
接下来是电路能量转换。
振动能量在传感器中产生的电信号非常微小,因此需要进行放大和滤波。
接收电路一般由放大器、整流器和能量管理电路组成。
放大器可以将电压放大几倍,整流器将交流电转变为直流电,能量管理电路则可以将转换后的电能存储在电池中。
最后是电池储存。
振动能量采集技术的最终目的就是通过将机械能转换为电能,完成设备的供电。
因此需要将采集到的电能进行储存并应用到实际的设备中。
常用的储能器件有电容器、铅酸蓄电池和锂离子电池等。
不同的储能器件具有不同的特性,需要根据具体的需要进行选择。
基于压电效应的振动能量采集技术不仅可以用于一些较小的电子设备,如手表、遥控器等,还能应用于一些大型的设备上。
例如,振动式微动器(MEMS)需要应用在一些对电池寿命要求较高的设备中,使用机械振动能量采集技术可以避免频繁更换电池的问题。
此外,振动能量采集技术还广泛应用于制药、医疗、无线传感器网络等领域。
基于压电材料的振动能量采集技术研究与设计
基于压电材料的振动能量采集技术研究与设计振动能量采集是一种能够将环境中的振动能量转化为电能的技术。
基于压电材料的振动能量采集技术,作为一种非常有效的能量收集方式,在能源领域和无线传感器网络中得到了广泛的研究和应用。
压电材料是一类能够产生电荷变化的晶体材料,在外加力或振动的作用下显示出压电效应。
常用的压电材料包括铅酸锌、二硼酸钠等。
基于压电材料的振动能量采集技术的原理是将振动能量转化为机械能,然后通过压电材料的压电效应将机械能转化为电能。
在振动能量采集技术中,压电材料起到了至关重要的角色。
它们能够将外界的振动能量转化为电能,从而为无线传感器网络等设备提供能源。
举例来说,压电材料可以被应用于道路上的车辆行驶时产生的振动能量的采集,以供照明设备运行。
此外,基于压电材料的振动能量采集技术还可以应用于人体健康监测、环境监测以及智能结构中的能量供给等领域。
在设计基于压电材料的振动能量采集技术时,需要考虑以下几个关键因素。
首先,合适的振动源选择是设计成功的关键。
振动能量采集的效率受到振动源特性的影响,因此选择适合特定应用场景的振动源非常重要。
例如,在交通道路上,车辆的振动源可以被采用,而在建筑结构中,风吹位移或地震等振动源也可以用于能量采集。
其次,需要选择合适的压电材料。
不同的压电材料具有不同的性能和优缺点,因此在设计中需要根据实际需求选择适合的压电材料。
一些性能指标需要考虑的包括材料的压电系数、机械耐久性、温度特性等。
接下来,需要设计合理的能量转换和集成电路电路。
将机械能转化为电能需要设计合适的能量采集电路。
此外,考虑到能量转换的效率和稳定性,集成电路的设计也至关重要。
在进行基于压电材料的振动能量采集技术研究时,还需要解决以下几个挑战。
首先,振动能量的低频特性限制了能量转换效率。
传统的振动能量采集技术在低频范围内往往效果不佳,因此需要开展更深入的研究来提高低频振动能量的转换效率。
其次,振动能量的变化和不稳定性可能导致能量采集系统的失效。
压电式振动盘工作原理
压电式振动盘工作原理
压电式振动盘是一种利用压电效应产生振动的装置。
压电效应是指某些晶体在受到外力压缩或拉伸时,会产生电荷的分布不均匀,从而产生电势差。
在压电式振动盘中,利用压电材料的这种特性来实现振动。
压电式振动盘的主要组成部分是压电材料和驱动电路。
压电材料通常采用压电陶瓷或压电聚合物,这些材料具有压电效应。
驱动电路则负责提供电压信号,通过压电材料的压电效应将电能转化为机械振动能量。
压电式振动盘的工作原理可以分为两个步骤。
首先,当外加电压施加到压电材料上时,压电材料会发生形变,即由于电荷的分布不均匀而产生机械应变。
这种应变是由于压电效应引起的,电荷的分布不均匀导致晶体结构发生畸变,进而引起压电材料的体积变化。
接下来,在压电材料受到外力压缩或拉伸时,由于压电效应的作用,压电材料内部的电荷会发生重新分布,从而产生电势差。
这个电势差可以被驱动电路感知到,并将其转化为控制信号。
驱动电路根据接收到的控制信号,调整供给给压电材料的电压信号的频率和振幅。
通过合理的调整,可以使压电材料在特定频率下产生机械振动。
这种振动可以用于实现各种功能,例如将物体从一个位置转移到另一个位置、实现精确的定位、实现精确的计量等。
压电式振动盘的工作原理基于压电效应的特性,可以将电能转化为机械能,并通过驱动电路的控制实现特定频率的振动。
这种振动在很多领域都有广泛的应用,例如在精密仪器中用于精确定位,或者在消费电子产品中用于实现触觉反馈效果。
压电式振动盘的工作原理的研究和应用,对于提高电子产品的性能和功能具有重要意义。
压电材料与智能结构在振动控制中的研究与前景展望
基金项目:国家自然科学基金资助项目(10472039);兰州理工大学学术梯队特色研究方向重点资助计划基金项目(T 200207)收稿日期:2006-11-28 收修改稿日期:2007-03-11压电材料与智能结构在振动控制中的研究与前景展望田海民1,缑新科1,2(1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州 730050;2.兰州大学力学系,甘肃兰州 730000) 摘要:智能结构具有自诊断、自适应特性,越来越多地应用于航天结构、机器人、高精度光学系统等方面。
压电材料具有正、逆压电效应,既可以作为作动器又可做传感器,因而常被应用于智能结构。
基于压电材料的特点介绍了振动控制方法,对目前智能结构在振动控制领域的应用现状进行了回顾,最后指出了今后需要解决的主要问题。
关键词:压电材料;智能结构;振动控制中图分类号:T B381 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2007)08-0007-03Application and Development Trend of Vibration ControlB ased on Piezoelectric Materials and I ntelligent StructuresTI AN Hai 2min 1,G OU X in 2ke 1,2(1.College of E lectrical E ngineering and I nform ation E ngineering ,Lanzhou U niversity of T echnology ,Lanzhou 730050,China ;2.Dep artment of Mech anics ,Lanzhou U niversity ,Lanzhou 730000,China)Abstract :Intelligent structure has the characters of self 2diagnosis ,self 2adaptation.S o it is widely used in the fields of large 2scale aerospace structure ,robot ,the high 2accuracy optical system and other areas.Sens or and actuator based on the intrinsic direct and converse piezoelectric effects of piezoelectric materials have been widely used in intelligent structures.The methods of vibration control based on the characters of piezoelectric materials were introduced.Application of piezoelectric materials in vibration control now have been reviewed and the main problems still need to s olve were raised.K ey w ords :piezoelectric material ;intelligent structure ;vibration control 0 引言随着航空航天、机器人、微电子机械等高新技术的发展,对系统振动的抑制成为各种系统设计的一个重要问题。
压电振动送料装置的研究现状及其应用
}Байду номын сангаасhr i n b o fee,e v teop z lt iarfeeiiele lisu- i a t av r r e rh a a a sf ioe r v ro ed r a a en tc ttdi lia y d t ng e eci b ty o t d c rsrp c b r
田忠静 吴文福
用
(通化市农机设计研究院 , , 通化 140 ) 3 10 (吉林大学 生物与农业工程学院, 长春 102 ) 305
Re e rhsa u n p l a ino iz ee tcvbao yfe e e ie s a c ttsa da pi t f e o lcr irtr d r vc c o p i e d
} lao o e t e eciv ro eei t i ere ov i , i lc v i , pi i p s co hp z lt bty dr u e ia u n y g aa eo en c n rp t e ioer ia r t f c s ddn s c a c en v b n yg t r
机 械 设 计 与 制 造
5 4 文章编号 :0 1 3 9 ( 0 1 1 — 0 4 0 1 0 — 9 7 2 1 )1 0 5 — 3
Ma hn r D sg c ie y e in &
Ma ua tr n fcu e
第 1 期 1 21 0 1牟 1 月 1
海 薪 压电 振动送料装置的研究现状及其应用术
lt eni , nei peio d r i uc. e rc t d cs ee lo i i ol tc i a u , s c vy g r s n n i n s r t l ir ue svr fr g pe e c iv r- r oe o n c i a d v g o e a ie n o a e n z e r b 》ty edr aa al i r etr sw i dat e adso cm nsi s utr a nl e n o fee vib n e n :a ,h h avn gsn hr o i t c e r aa zdad r s l e c e r c a t g n r u e y
压电式振动给料器驱动部件的力学分析
( ai i tn nvr t, a a 10 8 C D l nJ o gU i s y D l n1 6 2 , HN) a ao ei i
A b t a t: i g ANS ot r o a ay e he d i e ns o i z ee ti i rto  ̄ e e , xr c e h nrn i s r c Usn YS s fwa e t n lz st rv n pa fp e o lcrc v b ai n d r e ta td t e i ti sc
分 ( 括支 撑 用 的基 板 和 共 振 弹 簧 ) 底 座 、 震 装 置 包 、 减 等 几 个 主 要 部 分 。 有 三 组 压 电 双 晶 片 , 水 平 共 在
电, 随之压 电双 晶片产 生周期 性简谐 振动 , 伴有周 期 并 性 激振 力 。板弹簧 与 减 振 弹簧 产 生 弹性 变 形 , 带动 料 斗和底 座绕 其轴线 做 相互 反 向的 同步扭 转 运动 , 同时
1 一料斗 ;2 一共振弹簧 ;3 一压电片 ;4 一基板 5 一底座 ;6 一支座 ;7 ~梯形块。
IB , =2 mm 。 T I t
图1压 电式振 动给料器结构示意 图
双压 电 晶 片振 子 。是 压 电式 振 动 给 料 器 的驱 动
辽 宁省 基 金 , 金 号 为 :0 7 0 5 基 20 17
压 电振 动给料 器 主要 由以下几个 部分 组成 : 料斗 、
30 内均匀排 布 , 支 撑 与驱 动 的作 用 。其 结 构 示意 6。 起
图如图 1 示 。 所
其工作 原理 : 在双 压 电晶 片振 子 上施 加 正 弦交 流
多点压电振动给料装置的实验研究
36 底板板 材 的影 响 .
2 — 6. 32
( 辑 明 涛) 编
作者 简介 : 国辉( 9 0 ) 男, 师, 陈 18 一 , 讲 硕士研 究生 , 主要从事机械设计 及农业 电气化与 自动化方面的研 究。
3 实验 研 究与 分 析 3 . 工作 频 率 的影 响
弹力 和 自身重力的作用 ,二力的合力产生行波推动物料 颗粒克服料槽及颗粒之间的摩擦力 向出料 口方向做抛物
线运 动 。 当相 位差 超 前 时 ,行波 沿 出料 口方 向 的分 量增
() 1实验 数据
将 压电陶瓷驱动电源输 出电压 的幅值设为 8V, 0 将 强 , 促进 了物料 的输送 ; 当相位差滞后时 , 行波沿出料 口 两路输 出分别接在两个驱动压 电片上 ;装置倾角 设为 方向的分量减弱 , 阻碍 了物料的输送。 1。选择大米作为给送物料 ; 2; 信号输出时间 固定为每次
可 以通 过 调 整驱 动 电源 的 输 出进 行 调 节 ;选 择 大 豆 、 大
信号相比较 , 后端压 电陶瓷片驱动信号相位超前时 , 装置
工作频率 、工作电压和输入信号相位差这三个参数 的给料速率总体偏高 ; 后端驱动信号相位滞后时 , 装置 的 给料速率总体偏低 ; 当相位差为一 O左右时, 9。 给料速率最 米、 洗衣 粉 、 蓝 根 颗 粒 、 、 粉这 六 种 物 料 进 行 比较 ; 大 。 板 盐 淀 结合振动给料装置的工作机理分析 , 电陶瓷片作为 压 装置倾 角及底板材质可以手动调整。 振动源, 将能量通过料槽传递给物料 , 物料颗粒受到料槽
() 2数据分析
压电式振动能量采集装置研究进展
压电式振动能量采集装置研究进展李金田;文玉梅【摘要】The piezoelectric vibration energy acquisition device has many merits such as a simple structure, high energy density, long life, etc. and it has broad application prospect in the power supply aspect of wireless sensor networks, embedded systems,MEMS and other low-power electronic equipment. Based on the key technology of piezoelectric vibration energy acquisition device design, the present situation of piezoelectric vibration energy acquisition devices at home and abroad are summarized from improving amount of vibration electrical energy and efficiency, introducing the piezoelectric materials, pi-ezoelectric elements working mode, piezoelectric vibration structure, vibration support structure, the resonant frequency ad-justment, and so on. The study prospects of piezoelectric vibration energy acquisition device are pointed out.%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.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)018【总页数】6页(P184-189)【关键词】压电;振动;自供电;能量采集装置;能量采集效率【作者】李金田;文玉梅【作者单位】长江师范学院物理学与电子工程学院,四川涪陵408100;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TN384-34;TM6190 引言能源问题是当今世界最为关注的热点问题之一,各国研究人员一直在努力寻找和开发新能源来解决能源缺乏和使用传统能源时存在的问题。
压电驱动式振动给料器的设计与试验(论文)
压电驱动式振动给料器的设计与试验
作者:沈燕虎, 苏江, 杨志刚, 刘勇, SHEN Yan-hu, SU Jiang, YANG Zhi-gang, LIU Yong
作者单位:沈燕虎,杨志刚,刘勇,SU Jiang,YANG Zhi-gang,LIU Yong(吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春,130022), 苏江,SHEN Yan-hu(吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130022;吉林大学珠海学院机电工程系,广东珠
海519041)
刊名:
光学精密工程
英文刊名:Optics and Precision Engineering
年,卷(期):2014,22(7)
引用本文格式:沈燕虎.苏江.杨志刚.刘勇.SHEN Yan-hu.SU Jiang.YANG Zhi-gang.LIU Yong压电驱动式振动给料器的设计与试验[期刊论文]-光学精密工程 2014(7)。
压电材料在机械振动控制中的应用研究
压电材料在机械振动控制中的应用研究1. 引言机械振动控制是现代工程中一个重要的问题。
振动不仅会导致设备的磨损和噪音,还会影响设备的性能和寿命。
因此,寻找有效的振动控制方法对于提高设备的可靠性和性能至关重要。
压电材料正逐渐成为一种被广泛应用于机械振动控制中的材料。
本文将探讨压电材料在机械振动控制中的应用研究。
2. 压电材料的特性压电材料以其特殊的物理性质在振动控制中具有重要的应用潜力。
压电材料能够通过施加电场而改变其形状,反过来也可以通过施加压力产生电荷。
这种双向的电-力相互转化特性使得压电材料可以作为传感器和执行器同时使用。
此外,压电材料具有快速响应、高机械强度和稳定性的特点,适用于在复杂环境中进行振动控制。
3. 压电传感器在机械振动控制中的应用压电传感器是利用压电材料的特性来测量机械振动信号的设备。
通过将压电传感器安装在设备上,可以实时监测振动信号并进行数据采集和分析。
传感器可以用于监测振动频率、幅值和相位等参数,帮助工程师了解振动状况并制定相应的控制策略。
此外,压电传感器还可以用于故障诊断和预警,在振动异常出现时及时发出警报,保证设备的安全运行。
4. 压电执行器在机械振动控制中的应用压电执行器是利用压电材料的双向电-力相互转化特性来控制机械振动的设备。
通过对执行器施加电压,可以改变压电材料的形状,进而控制设备的振动。
压电执行器具有快速响应、高精度和低功耗等优点,适用于精确控制振动的场景。
例如,在航天器发动机的振动控制中,压电执行器可以根据实时监测到的振动信号进行反馈调节,实现振动的主动控制。
5. 结合压电材料的振动控制方法除了单独应用压电传感器和执行器外,还可以结合压电材料与其他振动控制技术相结合,实现更高效的振动控制。
例如,压电材料可以与有源振动控制方法相结合,前者负责实时监测和反馈控制,后者负责生成控制信号。
这种结合可以提高振动的控制精度和稳定性。
此外,压电材料还可以与被动控制方法相结合,利用其本身具有的阻尼特性来抑制振动。
新型压电陶振的研制与分析
• 106•基于压电陶瓷压电效应理论研究,压电陶瓷振子选择以Pb 3O 4、ZrO 2、TiO 2、MnO 2为主要配方料,通过1230~1240℃、保温时间3h 烧结而成,再经过直流高压极化使压电陶瓷材料具备了压电特性;组装采用全陶瓷结构的环氧胶水封装工艺技术研制了一款小型SMD 压电陶瓷谐振器,结果得到了频率精度高、幅频特性好、温度特性等的优越技术参数,并对幅频特性曲线和温度特性曲线的结果进行了分析。
近年来,随着电子信息技术日益走向集成化、薄型化、智能化和微型化,以半导体技术为基础的有源器件和集成电路迅速发展,而无源电子元件日益成为电子元器件技术的发展瓶颈,因此电子陶瓷材料及其制备加工技术越来越成为制约电子信息技术发展的重要核心技术之一。
而压电陶瓷谐振器作为频率控制装置,是决定通信设备性能的关键器件,压电陶瓷在这方面具有明显的优越性。
压电器件正向多层化、片式化和小型化方向发展,文章选择以Pb 3O 4、ZrO 2、TiO 2、MnO 2为主要成份的压电陶瓷原材料,介电常数为700左右的瓷片,采用全陶瓷结构的环氧封装工艺技术对一款小型SMD压电陶瓷谐振器进行研制并分析。
(a) 正压电效应(b) 逆压电效应图1 压电陶瓷的压电效应1 压电陶瓷的压电效应的产生与应用压电陶瓷具有压电效应,是其特殊的内在规律,压电体可以是当晶体如石英,也可以是多晶体如压电陶瓷。
各晶粒内部电畴的自发极化方向作定向排列时才具有压电性,而极化是指压电陶瓷内部的电畴取向在外直流电场的作用下,沿电场方向作定向排列的过程,压电陶瓷只有在经过极化处理后才能显示出压电效应,具有压电效应的陶瓷叫压电陶瓷。
当对压电陶瓷施加压力(拉力)时,压电陶瓷收缩(伸长)变形,瓷体两端产生电荷如图1(a)所示,这种由“压”产生“电”的效应叫正压电效应。
当对压电陶瓷施加与极化方向相同(相反)的电场时,极化强度增加(减少),压电陶瓷沿极化方向伸长(收缩)如图1(b)所示,这种由“电”产生“收缩”的效应叫逆压电效应。
压电半导体在振动控制中的应用研究
压电半导体在振动控制中的应用研究压电半导体在振动控制中的应用研究引言随着科技的不断发展,各种新材料不断涌现,其中压电半导体就是一种备受关注的材料。
压电半导体具有压电效应和半导体效应,可以将机械振动转化成电信号,也可以将电信号转换成机械振动。
因此,压电半导体在振动控制中具有广泛的应用前景。
本文将从压电半导体的基本原理、振动控制的基本概念入手,探讨压电半导体在振动控制中的应用研究。
一、压电半导体的基本原理压电效应是指在外加电场的作用下,某些晶体的形状会发生变化,这种形变与电场的方向有关。
而半导体效应是指在一定的条件下,半导体材料可以对电流的流动产生控制作用,实现电流的调制和放大。
压电半导体是一种同时具有压电效应和半导体效应的材料。
压电半导体材料的晶格结构中存在对称性破缺,因此在外加电场的作用下,会出现极化现象。
这种极化现象会引起晶体中的原子位移,从而导致晶体的形变。
同时,由于半导体效应的作用,压电半导体还可以将机械振动转化成电信号。
二、振动控制的基本概念振动控制是指对机械振动进行调节、控制和抑制的一种技术。
在振动控制中,需要对机械系统的振动进行测量、分析和识别,然后根据振动特性进行控制。
振动控制的目的是降低机械系统的振动水平,提高机械系统的稳定性和可靠性。
振动控制技术广泛应用于汽车、飞机、船舶、建筑、工业生产等领域。
三、压电半导体在振动控制中的应用研究1. 压电传感器压电半导体可以将机械振动转化成电信号,因此可以应用于振动测量中。
利用压电传感器可以实现对机械振动的精确测量和分析,为后续的振动控制提供重要的参考。
2. 振动控制器压电半导体的半导体效应可以实现电信号的调制和放大,因此可以用于振动控制器的设计。
振动控制器可以通过控制电信号的大小和频率来实现对机械振动的控制,从而降低机械系统的振动水平。
3. 振动抑制材料压电半导体的压电效应可以将电信号转换成机械振动,因此可以应用于振动抑制材料的设计。
振动抑制材料可以通过控制电信号的大小和频率来实现对机械振动的抑制,从而提高机械系统的稳定性和可靠性。
压电式振动给料器驱动部件的力学分析
压电式振动给料器驱动部件的力学分析谭晓东;张坤【摘要】利用ANSYS软件分析了压电式振动给料器驱动部分,提取了固有频率和应力分析图,计算得出了幅频特性曲线.研究共振弹簧与系统共振频率之间的关系,找出了振动料斗的共振频率范围,为更好的自动化控制提供理论依据.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】4页(P72-74,78)【关键词】压电振动给料器;压电振子;共振频率【作者】谭晓东;张坤【作者单位】大连交通大学,辽宁,大连,116028;大连交通大学,辽宁,大连,116028【正文语种】中文压电振动给料器主要由以下几个部分组成:料斗、驱动部分(包括双压电晶片振子和共振弹簧)、支撑部分(包括支撑用的基板和共振弹簧)、底座、减震装置等几个主要部分[1]。
共有三组压电双晶片,在水平360°内均匀排布,起支撑与驱动的作用。
其结构示意图如图1所示。
其工作原理:在双压电晶片振子上施加正弦交流电,随之压电双晶片产生周期性简谐振动,并伴有周期性激振力。
板弹簧与减振弹簧产生弹性变形,带动料斗和底座绕其轴线做相互反向的同步扭转运动,同时在竖直方向也有上下微幅振动。
当激励电压减小时,由于板弹簧储存了足够的弹性变形能,迫使料斗急剧改变运动方向[2]。
如此上下循环往复,即形成高频微幅振动。
压电式振动给料器驱动部分主要是由以下几个部分组成的:用于支撑的基板、用于放大振幅的共振弹簧及振动源——双压电晶片振子组成。
其驱动部件结构见图2。
基板。
主要用于联接共振簧片与底座,同时可增加系统的刚度。
支撑用的基板材料为65Mn的弹簧钢。
其结构和尺寸见图3。
其中l=110 mm,b=60 mm,t=2 mm。
双压电晶片振子。
是压电式振动给料器的驱动源,它是压电式振动给料器的核心部分。
其结构和尺寸大小决定了给料器的形状和大小,同时其性能也决定了压电式振动给料器能否正常稳定的工作[3]。
本论文中选用了PZT4压电陶瓷晶片。
压电振动发电机的研究现状与发展趋势_朱莉娅
锆钛酸铅 ( 已经成为国内外压电振动发电领 P Z T)
·3 0 1 6·
— — 朱莉娅 陈仁文 雷 娴 压电振动发电机的研究现状与发展趋势 —
域最常用的压电 材 料 之 一 , 并在此基础上发展了 低温烧结 P 透明压电陶瓷 P 无铅系列压 Z T、 L Z T、 电陶瓷及纳米陶瓷等多种压电陶瓷材料 。 压电陶 瓷的 优 点 在 于 压 电 常 数 大 、 灵 敏 度 高、 工 艺 成 熟、 成形效果好等 , 缺点在于其韧性差 、 易破裂 。 另一 , 种常用压电材料是聚偏二氟乙烯 ( P V D F) P V D F 具有 压 电 应 变 常 数 高 、 柔 性 和 加 工 性 好、 频 响 宽、 机械强度高等优点 。 普林斯顿大学研究出了一种 ) , 该材料将纳米 压电橡胶薄膜 ( i e z o-r u b b e r p 有效结合了硅胶的高延 P Z T 并排嵌入到硅胶中 , 展性 、 生物相容 性 与 P 适用 Z T 良 好 的 压 电 特 性,
0 引言
随着大规模集 成 电 路 技 术 、 超精密加工技术 各种微小型电子设备 、 微 及网络通信技术的发展 , 机电系统 ( 广 泛 应 用 于 工 业、 通 信、 军 事、 MEMS) 医学及家庭生活 等 领 域 , 其研究重点之一在于能
1] 。 包 括 自 身 耗 能 和 供 能 方 式 两 个 方 面[ 量管理 ,
8] 。 新型压电纤维复合材料 于体内医疗装置发电 [
具有低阻抗 、 大弯曲变形 、 高承载能力等优点 。 力,
1 0] 哈尔滨工业 大 学 刘 智 等 [ 利用有限元理论对钹
形压电换能结构进行了建模并得到有限元动力学 方程 。 研究结果表明 , 通过增大压电陶瓷厚度 、 增 减小金属帽厚度和内腔顶径 , 大金属帽内腔底径 、 可以提高输出电 压 水 平 , 并且基振频率随金属帽 厚度 、 最优内腔高度的增大而增大 , 随金属帽内腔 底径增大而减小 。
环境振动驱动微型压电发电装置的关键技术研究的开题报告
环境振动驱动微型压电发电装置的关键技术研究的开题报
告
一、研究背景
压电材料具有压电效应,在受到外界振动时能够产生电信号,在微型化、无线化和低功耗应用中有广泛的应用前景。
振动驱动微型压电发电装置可从环境中的振动能源中获取电能,避免了电池的使用,实现能源的自给自足,因此越来越受到研究人员的关注。
二、研究目标
本课题旨在研究环境振动驱动微型压电发电装置的关键技术,并开发一种基于此技术的微型发电装置,实现环境振动能源的高效利用。
三、研究内容
(1)振动能源源特性分析:调研各类环境振动能源,建立其特性分析模型,探究振动能源在不同频段中的能量分布特性及变化规律。
(2)压电材料特性测试与分析:选取适用于振动驱动的压电材料,进行材料压电特性测试和分析,建立其电学模型。
(3)微型振动发电装置设计:以选定的压电材料为驱动器件,设计出高效、稳定的微型振动发电装置。
(4)系统性能测试与验证:进行各类验证测试,评估微型振动发电装置的输出能力、输出稳定性、转换效率等性能指标。
四、研究意义
本研究旨在探究环境振动能源的高效利用技术,为微型能源领域的应用提供新途径,同时减少对非可再生能源的依赖。
实现这项研究的成果将为探索新型能源和新型传感器等领域提供技术支持和理论指导。
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1881 年居里兄弟首先在 α 石英晶体上发现 了逆压电效应,某些电介质晶体置于电场中,会引 起其内部正负电荷中心发生相对位移产生应力, 从而使晶体产生与电场强度成线性关系的机械形 变的现象称为逆压电效应[3]。1947 年美国的罗
收稿日期: 2012 - 03 - 05; 修稿日期: 2013 - 03 - 11 作者简介: 孙智慧( 1962 - ) ,男,教授,博士生导师,研究方向包装机械设计理论及智能化,通信地址: 150028 黑龙江哈尔滨市松北区学
包装与食品机械 2013 年第 31 卷第 3 期
图 6 螺旋式压电振动给料器 1 - 料槽 2 - 弹簧片 3 - 压电双晶片
4 - 底座 5 - 减振底角
图 7 垂直驱动式压电直线振动给料器简图 1 - 料槽 2 - 压电双晶片 3 - 弹性支撑片
4 - 传振杆 5 - 底座 6 - 减振橡胶
2005 年吉林大学苏江通过对压电振动给料 器进行结构优化设计,得到一种惯性式压电振动
Key words: piezoelectric; drive; vibration; feeder
0 引言
振动输送是近代发展起来的一种先进的物料 整理输送技术,它利用激振源使槽体产生定向振 动,将物料从某一位置输送至另一位置[1]。振动 输送装置根据输送物料的质量不同可分为重型、 轻型和微型,按运动形式可分为直线槽式和螺旋 圆盘式,按驱动方式不同可分为机械式、电磁式和 压电式。
压电振动给料技术及装置的研究进展———孙智慧,李伟
输送和整理[12 - 14]。青木登在 1988 年对压电式给 料器进行了深入的研究[15],其中对压电元件的特 性、压电给料器的工作原理以及压电振动给料器 的设计等进行系统的研究,确定了给料装置的系 列尺寸标准,为压电振动给料器的产品化奠定基 础。韩国继日本之后也做了大量的压电振动给料 装置的研究工作,Inha 大学的敏捷制造与系统实 验室在 2003 年设计制造了新型的螺旋式压电振 动给料器[16],通过对其进行有限元模态分析得出 螺旋式给料器在不同模态下的频率,并提出改进 送 料 器 对 物 料 适 应 性 和 减 少 输 送 噪 音 的 措 施; Chung - YiLin 教授研制了一种曲线式压电振动给 料器[17],它通过在其奇数和偶数压电双晶片驱动 源上施加相位不同的电压信号,从而产生行波振 动带动物料做曲线运动,实现物料的直线式输送。
目前,常用的压电驱动元件有压电叠堆型与 双压电晶片型两种。压电叠堆型是利用压电效应 将电能转换为位移或力之类机械能的陶瓷元件。 如图 1 所示,它由很多相同的压电陶瓷片叠堆粘 接而成,其极化方向沿压电叠堆轴向方向,压电叠 堆振子具有高效、高能、超精驱动等优点,可用作 微小驱动的动力源。
以悬臂梁支撑方式的双压电晶片振子为例, 其结构如图 2 所示,两压电片中间粘结一弹性金 属薄片,当在压电片上施加适当电压时,极化方向 相同的两压电片产生变形。悬臂梁式压电双晶片 振子末端的位移为[5]:
关键词: 压电; 驱动; 振动; 给料器 中图分类号: TS203; TH237 文献标识码: A 文章编号: 1005 - 1295( 2013) 03 - 0055 - 05 doi: 10. 3969 / j. issn. 1005 - 1295. 2013. 03. 013
The Technology and Research Progress of Piezoelectric Vibration Feeding
SUN Zhi-hui,LI Wei ( School of Light Industry,Harbinபைடு நூலகம்University of Commerce,Harbin 150028,China)
Abstract: The piezoelectric vibratory feeder is a kind of micro vibration and conveying transmission technology. It is driven by piezoelectric drive elements as a new source. This paper introduces the research progress at home and abroad of piezoelectric vibratory feeder,and elaborates on the structural characteristics and work characteristics of it. Finally,it summarized the present problems and the future development direction.
国外的压电式振动给料器已经商品化,成功 应用于各种自动化生产线。 2. 2 国内的研究进展
国内对压电振动给料器的研究起步较晚,与 发达国家相比还存在一定的差距。目前国内自动 化生产线上使用的压电振动给料器大多来自于日 本、美国等发达国家。国内开展压电振动给料器 研究的单位有吉林大学、大连理工大学、天津大学 等。
20 世纪 80 年代初,鉴于机械式振动给料器不 适于微量的物料输送; 电磁振动给料器也不适于油 污、水渍环境下的易磁化或微小精细物料的输送; 由于机械制造行业的微机械加工、装配工作中的零 件趋于向轻、薄、小的方向发展,电子及电器行业生 产中需要无磁化的电子元器件的整理和输送,食品
和医药行业生产中的微量物料的计量、输送等也需 要精细振动给料[2],至此利用压电陶瓷晶片作为驱 动源,实现微小物料的精确输送及整理的压电振动 给料装置应运而生。压电振动给料器是利用压电 晶片的逆压电效应产生振动,具有高频、微幅、微量 的特征,且具有体积小、低噪声、响应快、节能、方便 控制等优点,近年来得到迅速发展。
压电振动给料技术及装置的研究进展———孙智慧,李伟
压电振动给料技术及装置的研究进展
孙智慧,李 伟
( 哈尔滨商业大学轻工学院,哈尔滨 150028)
摘要: 压电振动给料器是一种超微振动输送整理新技术,它采用压电驱动元件作为其新型驱动源。 本文综述了国内外压电振动给料装置的研究进展,介绍了压电振动给料器的结构形式和工作特点,分析 了压电振动给料器存在的问题,展望了该技术的发展方向。
x = ( 4l2 /4L2 ) d31 V 式中 l ———双晶片长度
L ———悬臂梁长度 d 31 ———压电材料的压电常数 V ———激振电压 可见,改变压电驱动器的几何尺寸,选择压电 系数大的压电材料,增大激振电压均可获得较大 的偏位移。由偏转位移得到的激振力大小为:
F = ( 3dl50 /16l5 ) d31 EV 式中 d ———压电晶片的宽度
2 压电驱动振动给料装置的研究进展
2. 1 国外的研究进展 日本在压电振动给料器的研究与应用方面居
于世界的前列,早在 1982 年日本就有人申请了压 电式振动给料器的专利,其后 20 年间,屋木晋、加 藤一路、藤井隆良等申请了不同结构形式的压电 振动给料器专利[10 - 11]。图 3 所示是采用压电双 晶片驱动源与板弹簧并联的压电振动给料器,工 作时在压电双晶片上施加交流电,压电双晶片和 加振体组成的压电振子产生弯曲振动,振动通过 与之连接的顶盘传递给板弹簧,从而使板弹簧产 生弹性变形,实现物料的振动输送。图 4 所示是 采用压电双晶片驱动源与板弹簧串联的压电振动 给料器,其驱动元件采用一端固定于底座上的悬 臂梁形式安装,可以增大与之串联的板簧端部的 变形,从而增大料槽的位移,但是这种固定安装形 式,给压电双晶片的弯曲振动带来约束,克服约束 将会消耗更多能量。图 5 所示的压电振动给料器 结构与图 3 相似,只是在一对压电晶片加上相位 相反的交流电,使压电双晶片产生更大的弯曲变 形,从而扩大料盘的振动位移。图 6 所示是美国 的一种螺旋式压电振动送料器,其工作时在压电 双晶片上施加交流电压,使晶片弯曲振动,迫使主 振弹簧片产生弯曲变形,从而带动料盘做扭转振 动,使料盘中的物料按照一定的顺序和方向进行
海街 1 号 哈尔滨商业大学轻工学院,E-mail: Sunzhihui1962@ 163. com。
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包装与食品机械 2013 年第 31 卷第 3 期
伯特在 BaTiO3 陶瓷上施加电压进行极化处理,获 得了压电陶瓷的压电性,1955 年美国的 B. 贾菲 发现了 比 BaTiO3 的 压 电 性 优 越 的 PZT 压 电 陶 瓷[4],使压电驱动技术得到快速发展。
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给料器[24]。如图 8 所示,它将压电双晶片一端固 定在顶盘上,另一端安装一质量块,利用质量块的 惯性冲击力作为驱动源,当外加电压波形急剧变 化时,会使双晶片输出的位移也发生急剧变化,从 而使质量块产生惯性冲击力,这个惯性力构成了 惯性式压电振动送料器的驱动力。通过试验证明 惯性式振动给料器输送物料的速度比日本的压电 振动给料器的送料速度明显提高。
E ———双晶片杨氏模量 双压电 晶 片 振 子 与 叠 堆 振 子 相 比 具 有 成 本 低、驱动位移大等优点。
图 1 压电叠堆振子结构
图 2 双压电晶片振子结构
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1982 年日本人把压电驱动器作为振动给料 装置的激振源,实现微小轻物料的精确输送和整 理,并应用于工业生产。
基于先进压电驱动技术的激振源具有如下特 点:
2005 年吉林大学陈忠奎、张长健通过正交试 验设计对压电振动给料器的结构进行优化,得到 垂直驱动式压电振动给料器[22 - 23],如图 7 所示, 它采用圆形压电双晶片作为振动源,经试验证明 圆形压电双晶片可以获得更大的驱动力,能够驱 动大型号给料盘; 新型压电驱动器将压电双晶片 与弹簧片分开,使给料器输送性能更加稳定。
( 1) 一 般 压 电 晶 片 运 动 位 移 范 围 为 0 ~ 25μm,定位精度为 15nm,可以满足微输送精度高 的要求[6]; ( 2) 从电场建立到产生逆压电效应只 需 10 - 7 s,启动、停止迅速,响应速度快; ( 3) 改变 驱动电压或频率中的任何一个即可调整激振频率 及输送速度,可控性好; ( 4 ) 用 压 电 片 作 为 驱 动 源,不需要轴、杆等机械传动件,也不需要电磁和 电机激振器等驱动装置,不会产生电磁干扰,并且 易于制造[7]; ( 5) 相比电磁振动可节省 70% 的电 能[8],耗能少; ( 6) 与传统振动方式相比,其工作 频率高,振幅小,驱动力小、噪声小,适合于轻、薄、 小产品的微量或精量输送[9]。