压电双晶片驱动基础理论

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压电双晶片型惯性冲击式直线精密驱动器研究

中图分类号：Ｐ４Ｔ２２文献标识码：Ａ
ＰｒｃｓｏｓｔｏｉｇＤｅｉｅＵｔｌｚｎｍｐａｔＦｏｃｆＥｎ — ｏｄｅｅｉｉｎＰｏｉｉｎｎｖｃｉｉｉｇＩｃｒｅｏｄｌａｄ
ＰｉｚｅｅｔｉｎｔｌｖｒＢｉｏｐｈｅｏｌｃｒｃＣａｉｅｅｍｒｓ
ｄｉｅｍｅｈｎｓ，ｉｉｘｅｔｄｔａｈｒｐｓｄｐｓｔｎｎｔｇｌｂｄｌｐｌｄｔｈｒｃｓｏｎｕｔｙｒｖｃａｉｍｔｓｅｐｃｅｈｔｔｅｐｏｏｅｏｉｏｉｇｓａｅｗｉｅｗｉｅｙａｐｉＯｔｅｐｅｉｉｎｉｄｓｒ．ｉｌｅＫｅｒｓｐｅｉｉｎｐｓｔｏｉｇｙｗｏｄ：ｒｃｓｏｏｉｉｎｎ；ｐｅｏｌｃｒｃｂｍｏｐｉｚｅｅｔｉｉｒｈ；ｃｎｉｖｒｍｐｃｒｖ；Ｆａｔｅｅ；ｉａｔｄｉｅｌＥＭ
ＡｂｔａｔＡｅｉａｔｄｉｅｐｓｔｎｎｅｉｅｗｉｈｅｄｌａｅｉｚｅｅｔｉｃｎｉｖｒｂｍｏｐｓｉｐｏｏｅ．ｓｒｃ：ｎｗｍｐｃｒｖｏｉｉｉｇｄｖｃｔｎ —ｏｄｄｐｅｏｌｃｒｃａｔｅｅｉｒｈｓｒｐｓｄｏｌＡｃｏｄｎＯｔｅｒｓｌｓｏＥＡｎｘｅｉｎｓｔｈｙａｃｃａａｔｒｓｉｓｏｎｏｄｄｐｅｏｌｃｒａｔｅｅｃｒｉｇｔｈｅｕｔｆＦａｄｅｐｒｍｅｔＯｔｅｄｎｍｉｈｒｃｅｉｔｆｅｄｌａｅｉｚｅｅｔｉｃｎｉｖｒｃｃｌ

压电双晶片型冲击式直线精密驱动器及动力学特性

ＺａｇＨｏｇｈａｇＣｈｎａｇｎｎｈｎｎｚｕｎ，ｅｇＧｕｎｒｉｇ，Ｆａｕｑａｇ，ＹａｇＺｈｇｎｎＺｎｉｎｎｉａｇ
（ｉｏＤｒｅａｄＣｎｒｌａ，ｉｎＵｎｖｒｉ，ｈｎｃｕ３０５ＣｉａＰｅｉｎｏｔｏｂＪｌｉｅｓｙＣａｇｈｎ１０２，ｈｎ）ｚｖＬｉｔ
以压电元件为核心的高精度定位驱动器具有纳米级的位移分辨率，中利用压电元件动态特性工其作的冲击式驱动器（Ｄ在精密驱动领域已经发展ＩＭ）成为一项独特的驱动形式［］目前的冲击式驱动器１．｛普遍采用压电叠堆作为驱动元件，由于压电叠堆变形量较小，抗拉能力弱，不易连接较大质量的冲击块，因此其驱动能力受到限制．本文研制的压电双晶片型冲击式直线精密驱动器，为克服冲击式驱动器的原有缺点提供了新的方法．
ＬｉｅｒＰｅｉｉｎＰｓｔｏｉｇＤｅｉｅＵｔｌｉｇＩｐｃｏｃｆｎａｒｃｓｏｏｉｉｎｎｖｃｉｉｎｍａｔＦｒｅｏｚＥｎ－ａｅｅｏｌｃｒｃＣａｔｌｖｒＢｉｒｈｄＬｏｄｄＰｉｚｅｅｔｉｎｉｅｍｏｐｓｅ
ｚ编程信号发生器、Ｃ４０Ｌ２０Ａ型非接触精密激光测位
０
～
（）１
当输出轴与支撑面间的相对速度不为０时Ｆ一：ｆ（）２
式中：为输出轴质量；为冲击块质量；为支Ｍｍ撑面对输出轴作用力的法向分力；为输出轴与支撑面间的滑动摩擦系数．

压电双晶片原理(一)

压电双晶片原理(一)压电双晶片什么是压电双晶片？压电双晶片是一种能够将压力转化为电能的晶体材料。

其特殊的物理性质使其广泛应用于传感器、发电装置和声学设备等领域。

压电效应是什么？压电效应是指当一个压电材料受到外力作用时，会出现内部产生电荷的现象。

这是由于压电材料的晶格结构在受压力后会发生畸变，导致离子位置发生变化而引起电荷分布不均衡。

压电双晶片的工作原理压电双晶片的工作原理基于压电效应。

下面是一个简化的步骤：1.双晶片的晶格结构被外力作用导致产生压力；2.压力作用导致双晶片发生畸变，使得晶格结构中的离子位置发生变化；3.离子位置变化产生内部电场，引起电荷分布不均衡；4.电荷分布不均衡导致双晶片两端产生电势差；5.电势差使电子在双晶片内部移动，从而形成电流。

压电双晶片的应用压电双晶片由于其能够将压力转化为电能的特性，被广泛地应用于各个领域。

以下列举了几个主要的应用场景：•传感器：压电双晶片可以用于压力传感器、加速度传感器等，将外界的压力、震动等物理量转化为电信号，实现测量和控制。

•发电装置：压电双晶片可以用来收集机械振动、风能等形式的能量，将其转化为电能供电。

•声学设备：压电双晶片可以用于扬声器、麦克风等设备，利用压电效应实现声音的产生和接收。

压电双晶片的优势和挑战压电双晶片具有以下优势：•高度灵敏：可以实现高精度的测量和控制。

•可靠性高：因为没有机械运动部件，所以具有较长的使用寿命。

•能效高：通过将机械能转化为电能，可以实现能量的回收和利用。

然而，压电双晶片也存在一些挑战：•输出电压低：由于压电效应的特性，输出电压通常较低，需要进一步放大以实现实际应用。

•温度敏感性：压电双晶片的性能易受温度影响，需要进行合理的温度补偿措施。

结语压电双晶片作为一种能够将压力转化为电能的晶体材料，具有广泛的应用前景。

它在传感器、发电装置和声学设备等领域的应用为我们提供了更多的可能性，并且不断取得技术突破，为未来的科技发展带来新的机遇。

压电片的工作原理

压电片的工作原理
压电片是一种利用压电效应工作的器件。

压电效应是指在一些晶体材料中，当施加电场时，会引起晶体的长度、宽度或厚度发生微小的变化。

而当施加机械应力时，同样会引起晶体中的电荷重新分布，形成电位差。

工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 施加电场：在压电片上施加电场，使其内部的晶体分子发生极化，正负电荷分布不均。

2. 物理变形：通过机械方式对压电片施加压力或机械应力，使其发生微小的物理变形。

这种变形会改变晶体中的电位差分布。

3. 收集电荷：由于晶体的电位差分布变化，导致部分电荷重新分布并在压电片表面积累。

收集这些表面电荷的电极形成一个电荷输出端。

4. 输出电压：在电极上积累的电荷形成一个电压输出端，可以通过相关的电路连接到其他设备。

需要注意的是，压电材料具有双向性，在施加力或应变时也会产生相应的电场。

这使得压电片在不同应用中有着广泛的应用，如传感器、电子元件和声音设备等。

压电片工作原理

压电片工作原理
压电片是一种能够将机械能转化为电能的装置，其工作原理是基于压电效应。

压电效应是指在某些晶体材料中，在受到外力作用时，会产生电荷分离现象，即产生电势差。

这种晶体材料被称为压电材料。

当外力施加在压电片上时，晶体结构的对称性发生改变，离子发生位移，从而导致了正负电荷分离的现象。

产生的电荷积累在压电片的两个相对表面上，形成了电势差。

这个电势差可以被测量并用来产生电流。

更具体地说，压电效应是由晶体结构中正负电荷中心的偏移引起的。

在不受压力时，晶体的正负电荷中心处于平衡位置，总电荷为零。

但当外力施加在晶体上时，晶体中的正负电荷中心会发生偏移，导致电荷的不平衡。

这种不平衡的电荷可以被测量并利用。

压电片广泛应用于各个领域，例如传感器、声音设备和天线等。

在振动传感器中，压电片可以将机械振动转化为电信号，以便测量和分析。

在声音设备中，压电片可以将声波转化为电信号，用于录音和放音。

在天线中，压电片可以将机械振动转化为电信号，并通过调整电信号的频率和幅度来调节天线的性能。

总之，压电片是利用压电效应将机械能转化为电能的装置。

通过掌握压电效应原理，可以更好地应用压电片于各个领域，并进一步推动技术的发展和创新。

轴向预压缩压电双晶片驱动器静动态特性仿真

矩为２．４Ｎｍｍ，都达到未施加轴向力的压电双晶片驱动器的４倍以上。一阶固有频率为９５Ｈｚ远大于普通电动舵机，可大
幅提高微型飞行器的操稳性。关键词：压电双晶片；轴向预压缩；微型飞行器；有限元仿真
中图分类号：ＴＰ２０４文献标识码：Ｂ
摘要：研究轴向预压缩力增大压电双晶片驱动位移及力矩问题，对某微型飞行器的压电双晶片驱动器进行了机电耦合场有
限元仿真，得到在不同轴向力及电压作用下的静动态特性。为了验证系统可靠性，采用解析解进行比较，结果表明：有限元解和解析解复合较好。采用上述压电双晶片驱动器，在１５０Ｖ电压及２５Ｎ轴向力的作用下，驱动转角峰峰值为１４。，驱动力
１５０Ｖｖｏｌｔａｇｅａｎｄ２５Ｎａｘｉａｌｆｏｒｃｅ，ｆｏｕｒｔｉｍｅｓｂｉｇｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈｏｕｔｘｉａｓｐｅｒ－ｓｔｒｅｓｓｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｉｃｒｂｉｍｏｒｐｈ．Ｉｔｓｎａｔｕｒｅ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅａｘｉｓｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｂｉｍｏｒｐｈｄｒｉｖｅｒｄｉｓｐｌａｃｅ —
ｍｅｎｔａｎｄｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍｅｅｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｉｅｆｌｄＦＥＭｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｏｍｅＭｉｃｒｏＡｉｒＶｅｈｉｃｌｅ ’ Ｓｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｉｒｃｂｉ — ｍｏｒｐｈｄｒｉｖｅｒｗａｓｍａｄｅａｎｄｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃａｒｖｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｘｉａｌｆｏｒｃｅｓａｎｄｖｏｌｔａｇｅｌｏａｄｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｖｅｉｒｆｙｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＦＥＭｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎＦＥＭｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｍａｄｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅＦＥＭａｎｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｒｅｉｎｇｏｏｄｃｏｎｆｏｒｍｉｔｙ；ａｎｄａ１４。ｐｅａｋ — ｔｏ－ｐｅａｋｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｄａ２．４Ｎｍｍｔｏｒｑｕｅｏｆｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｂｉｍｏｒｐｈｄｉｒｖｅｒａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒ

压电双晶片执行器驱动位移有限元分析与实验研究

ＦｉｌｅＥｌｍｅｔＡｎａｙｅｎｐｅｉｅｔＳｔｄｙｏｓｌｃｍｅｏｌｆｒＩｔｅｎｉｌｓｓａｄＥｘｒｍｎｕｆＤｉｐａｅｎｔＭｄｅｏ
ＰｉｚｅｅｔｉｍｏｐＡｃｕａｏｅｏｌｃｒｃＢｉｒｈｔｔｒＬｎ－ｎ，ＡＮＧｎＳＩＤｏｇｍｉｇＷＢｉ，ＵＮｏｙａ，ＡＮＧｅＢａ－ｕｎＷＷｉ
（．ｃｏｌｆｅｈｎｃｌｎｉｅｒｇＤｌｎｉＴｎｎｅｓｙＤｌｎ１６２，ｈａ２ＳｈｏｏＭｃａ — １ＳｈｏｏＭｃａｉＥｇｎｅｉ，ａａａｏｇＵｉｒｉ，ａａ１０８Ｃｉ；．ｃｏｌｆｅｈｎａｎｉＪｏｖｔｉｎｉｌｎｎｅｎ，ａａｎ．ｆｅｈｏ．Ｄｉ１０４，ｈｎ；．ＳｈｏｏｌｔｃｎｎｏｔｎＥｇ— ｃｇｅｒｇＤｉｎＵｉｏＴｃｎ１，ａａ１６２Ｃｉａ３ｃｏｌｆｅｒｓｄＩｆｒｉｎａＥｉｉｌｖｌｎＥｃｉａｍａｏｉｎｅｎ，ａａｎｖｏｅｈｏ．Ｄｉ０４ＣｉａｅｒｇＤｌＵｉ．ｆｃｎ１，ａａ１６２，ｈｎ）ｉｉｎＴｌｎ１
文章编号：６３９９（０７０ — ０００１７ — ５０２０）４０３ — ３
压电双晶片执行器驱动位移有限元分析与实验研究
李东明，王彬孙宝元王伟。，，
（．１大连交通大学机械工程学院，宁大连１６２；２大连理Ｘ大学机械Ｘ程学院，宁大连辽１０８．－－辽

基于压电双晶片的微型无人机增稳驱动系统研究

过监测粘贴在驱动器上的ＦＧ传感器中心波长的变化，Ｂ能实时监测驱动系统的输出位移，为后期研究驱
动系统的自适应控制提供了依据。关键词：智能驱动器；动电源；压电；纤Ｂａｇ栅传感器驱光ｒｇ光
ｐｅｏｌｃｒｉｒｈｉｒｓａｃｅａｄａｄｉｅｏｅｏｒｅｏｈｉｚｅｅｔｃｂｍｏｐｓｄｓｇｅａｅｆｉｚｅｅｔｉｂｍｏｐｓｅｅｒｈｄ，ｎｒｎｐｗｒｓｕｃｆｔｅｐｅｏｌｃｒｉｒｈｉｅｉｎｄｂｓｄＯｃｖｉｔｅｂｏｔｒｃｒｕｔｔｅｒ．ｈｃｕｔｒａｏｔｏｂａｄｂｔｒｏｐｏｉｅｐｗｅ，ｆｒｔｅｓｋｆｒｓａｃｉｇｔｅｈｏｓｅｉｉｈｏｙＴｅａｔａｏｄｐｓｎｏｒａｔｙｔｒｖｄｏｒｏｈａｅｏｅｅｒｈｎｈｃｅ
ＺＨＡＮＧＸｉ０ｌ，ＷＡＮＧＸａ－ｅ，ＬＡＮＤａｋｉ．Ｚａ一ｉｉｏｊＩＧ．ａＥＮＧＪｅ．ＺｉｉＨＡＯＺｉｍｉ。ｈ．ｎ
（．ｙｌｂｒｔｒｆｎｓｒｆｄｃｔｎｆｒＳｒｔｒｌｎｔｃｕｅＮｎｉｇＵｉｒｉｆ１ＫｅｏａｏｙｏｉｙｏｕａｉｍａｔａＭｉｔＥｏｏＭａｅｉｄＳｒｔｒ，ａｊｎｖｓｙｏａａｕｎｅｔＡｒｎｕｉｓｎｓｏａｔｓＮｎｉｇ２０１，ｈｎ；２Ｄｐｒｎｆｏｕｅｃｅｃｎｎｉｅｒｇｅｏａｔｄａｔｎｕｉ，ａｊ１０６Ｃｉａ．ｅａｔｔｍｐｔｒＳｉｎｅａｄＥｇｎｅｉ，ｃａｒｃｎｍｅｏＣｎ

压电结构相关资料收集

压电结构相关资料收集(对第三个较有兴趣)一．振动控制包括主动控制和被动控制。

为取得最佳的振动控制效果，主动控制和被动控制可以综合，对结构参数和控制器进行统一设计，称为控制-结构一体化设计(Control augmented-structural synthesis)。

下一例：压电耦合板压电耦合板系统，如图1所示，在上、下表面粘贴有压电片，下表面粘贴压电传感片，用以测量应变；上表面粘贴压电驱动片，诱导平板变形；形成控制回路实施自适应减振。

压电耦合板的弯曲振动分析采取如下假设：该板符合Kirchhoff直线假设，压电片与基板间理想粘贴。

图1 压电板简图二．压电层合板2. 1 压电片与粘结层之间的层间剪应力、横向变形和电势的分布图2a、b、c 给出了感知情况下压电层与粘结层之间的剪应力、横向变形和电势的三维图. 作动情况下压电层与粘结层之间的剪应力、横向变形和电势的分布情况与感知情况下的三维分布图形相似, 这里省略.从层间剪应力的分布可看出, 层间剪应力在压电片的边缘处达到最大值, 而在中间区域近似为0.2. 2 电势沿压电片厚度方向的分布情况( 取压电片下表面电势为0)从图中可看出, 在这2 种情况下, 电势随厚度都按线性规律变化. 随着外载荷、基体厚度和粘结层厚度的变化, 上述曲线的形状基本保持不变, 但所得到的电势的最大值则随着这些量的变化而变化.2. 3 压电层和粘结层厚度变化对控制效果的影响及优化分析2.3.1 压电片作作动片固定基体和粘结层的厚度, 让压电片的厚度变化。

右图是4 种情况下层合板中心点的挠度随压电层厚度变化的曲线. 从图中可以看出, 当基体厚度一定时, 压电片的厚度有一个最佳值,从图中可以看出, 粘结层厚度对于曲线的形状影响不大, 但对于挠度的大小影响很大, 例如当粘结层的厚度分别为h2= 0 和0. 8 mm 时, 其产生的最大挠度相差近50%. 这说明, 在这种情况下, 粘结层的厚度对于压电层产生的控制效果影响是很大的. 从图中还可以看出,当压电层的厚度小于基体的厚度时, 粘结层的影响较小, 而在实际中一般压电层的厚度都小于基体的厚度.2. 3. 2 压电层作感知片由于压电层在作感知片时主要是感知剪应变, 而不是控制变形, 并且此时层合板的变形主要是外加荷载引起的, 因此取压电层与粘结层之间的剪应力作为优化指标.从中可以看出, 在感知情况下, 粘结层的厚度对剪应力的影响很大. 只有当压电层的厚度小于基体的厚度时, 粘结层的影响才较小.三．压电结构电气转换装置结构图1为双晶片悬臂梁结构，上片压电片极化方向与外电场E相反，下片极化方向与E相同，从而导致上片伸长，下片收缩，造成整个悬臂梁向下弯曲。

采用双晶片驱动的棒板结合式压电驱动器设计

采用双晶片驱动的棒板结合式压电驱动器设计
褚祥诚，陈翔宇，李龙土
北京１０８）００４（清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，
摘要：计制作了一种采用双晶片压电陶瓷结构的棒板结合式压电驱动器。和参考文献中的驱动器不同，两个压电陶设其瓷片分别粘接在青铜定子的上下两侧。定子上的金属圆柱体被用来放大振动的横向位移，对金属棒状的转子进行激并振，其旋转。利用有限元分析（Ｅ对定子进行了分析，现在同样的驱动模式下，传统的单片陶瓷片驱动器相比，使ＦＡ）发与该驱动器可以提供更多的横向和纵向的振动位移，约提高２左右。这种新结构也可避免不同振动模式之间的模态大５耦合现象，产生理想的振动模态，提高驱动器的运行稳定性。实验表明，动器在２－电压下可以提供５２并以驱５Ｖｏｐ低１ｒｍｉ转速，单片陶瓷驱动器在该电压下不能工作。这种压电驱动器可以经过优化和调整来满足不同的实际应用，／ｎ的而如精确定位仪器，物工程和光聚焦系统等。生
ｂｕｄｒｏｄｔｎ，ｈｍｐｏｅｅｔａｅｎａｌ５．Ｔｈｓｎｗｔｕｔｒａｌｏａｏｄｔｅｅｕｏｎａｙｃｎｉｏｓｔｅｉｒｖｍｎｓｃｎｂｅｒｙ２ｉｉｅｓｒｃｕｅｃｎａｓｖｉｈｏ — ｐｉｇｐｅｏｎｅｗｅｎｄｆｅｅｔｖｂａｉｎｍｏｅｎｅｅａｅｉｅｔａｍｏａｈｐｏｅｈｎｅｔｅｌｈｎｍｅａｂｔｅｉｒｎｉｒｔｏｄｓａｄｇｎｒｔｄｎｉｌｎｆｃｄｌｓａｅｔｎａｃｈ

压电双晶片驱动的压电微泵的研究

第２９卷第３期２００７年６月
压电与声光ＰＩＥＺ０ＥＬＥＣＴＥＣＴＲＩＣＳ８ＬＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ
文章编号：１００４—２４７４（２００７）０３—０３０２—０３
维普资讯
Ｖｏ１．２９Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００７
的压缩比进而提高微泵的性能，很多学者利用硅自停止腐蚀工艺制作厚度仅１０１ＴＩ的硅薄膜作为泵膜，但硅泵膜的加工成本高，且极易破裂，从而使得微泵的加工费用昂贵同时难于获得较高的成品率。
ＷＡＮＧＨａｉ－ｎｉｎｇ，ＣＵＩＤａ＿ｆｕ，ＧＥＮＧＺｈａｏ－ｘｉｎ，ＣＨＥＮＸｉｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８０Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍｉｃｒｏｐｕｍｐｂａｓｅｄｏｎＭＥＭＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（ＰＤＭＳ）ｉｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｆｏｒｍｔｈｅｄｉａｐｈｒａｇｍ，ｔｗｏｐａｓｓｉｖｅｃｈｅｃｋｖａｌｖｅｓａｒｅｆｏｒｍｅｄｂｙａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｅｔｃｈｉｎｇｏｆｂｕｌｋｓｉｌｉｃｏｎ，ａｎｄａｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｂｉｍｏｒｐｈｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ．ＴｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＰＺＴｂｉｍｏｒｐｈａｎｄｔｈｅｃｈａｍｂｅｒｖｏｌｕｍｅｃｈａｎｇｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｓｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｗｈｅｎａ１００Ｖ，２０Ｈｚｓｑｕａｒｅｗａｖｅｓｉｇｎａｌｉｓａｐｐｌｉｅｄ，ｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍｉｃｒｏｐｕｍｐｒｅａｃｈｅｓｉｔｓｍａｘｉｍｕｍｆｌｏｗｒａｔｅ，３１７￣Ｌ／ｍｉｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍｉｃｒｏｐｕｍｐｉｓｅａｓｙｔｏｆａｂｒｉｃａｔｅａｎｄｈａｓａｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｏｐｒｏｐｅｌｌｉｑｕｉｄｓ．

压电双晶片式惯性冲击电机的驱动研究

…
曼壁 …２１ … … … … … … … …… … …… … …… … ２０ … １０
…
压电双晶片式惯性冲击电机的弓动研究区
卢璇，刘俊标方光荣，
（．国科学院电工研究所，京１０９；．国科学院研究生院，京１０４）１中北０１０２中北００９
０引言
压电惯性冲击电机（ｍａｔｒｅＭｅｈｎｓ简ＩｐｃＤｉｃａｉｖｍ，称ＩＭ）Ｄ是利用压电陶瓷元件的快速变形所产生的
动信号；在使用压电双晶片作为驱动元件时，电而压双晶片的等效电容比堆叠陶瓷和压电陶瓷管小三个数量级左右，同时为了提高驱动力和电机运行速度，往往采用较高的驱动频率（十到上百千赫兹）几。
ｔａｔｅｏｔｌｄｉｉｇｆｅｕｎｙａｄｄｔｙｌｘｓ．ｈｔｈｐｉｒｎｒｑｅｃｎｕｙｃｃｅｅｉｍａｖｔＫｅｒｓｐｅｏｌｃｒｉｒｈ；ＤＭ；ｑｉａｅｔｉｃｉ；ｅｔｎｌｒｗｖｒｅｄｔｙｌｙｗｏｄ：ｉｚｅｅｔｃｂｍｏｐＩｉｅｕｖｌｎｒｕｔｒｃａｇａ－ａｅｄｖ；ｕｙｃｃｅｃｎｉ
ＡｂｔａｔＣｍｐｄｗｔｔｅｙｅｆｉａｔｄｉｅｍｅｈｎｓ，ｐｅｏｌｃｒｉｒｈｉａｔｄｖｃａｉｍａｓｒｃ：ｏ￣ｅｉｏｈｒｔｐｓｏｍｐｃｒｖｃａｉｍｈｉｚｅｅｔｉｂｍｏｐｍｐｃｒｅｍｅｈｎｓｈｓｃｉｍａｙａｖｎａｅｎｔｒｆｉｅｖｌｇｎｏｔａｅｎｔｅｐｉｃｐｅｏｅｉａｔｒｖｃａｉｍ，ｔｅｆａｉｉｔｆｎｄａｔｇｓｉｅｍｓｏｚ，ｏｔｅａｄｃｓ．Ｂｓｄｏｒｉｌｆｔｍｐｃｉｅｍｅｈｎｓｓａｈｎｈｄｈｅｓｂｌｙｏｉｕｉｇｒｃａｇｌｒｗｖｓｄｉｅｓｇａａｅｎｔａｅｙｔｅｍｅｈｄｏｉｕｔａａｙｉ，ｎｄｌｒｒｅｃｒｕｔｅｅ－ｓｎｅｔｎｕａａｅａｒｉｎｌｓｄｍｏｓｒｔｄｂｈｔｏｆｃｒｉｎｌｓｓａｄａｍｏｕａｉｉｃｉｇｎｒｖｗｃｄｖ

压电效应的应用及原理

压电效应的应用及原理一、压电效应的原理：　压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。

如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。

而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。

也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。

压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。

例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

二、压电效应的应用：压电材料的应用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。

1、换能器换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应，而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动，利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。

目前对压电聚合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点，研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件，如抗噪声电话、宽带超声信号发射系统等。

压电聚合物水声换能器研究初期均瞄准军事应用，如用于水下探测的大面积传感器阵列和监视系统等，随后应用领域逐渐拓展到地球物理探测、声波测试设备等方面。

为满足特定要求而开发的各种原型水声器件，采用了不同类型和形状的压电聚合物材料，如薄片、薄板、叠片、圆筒和同轴线等，以充分发挥压电聚合物高弹性、低密度、易于制备为大和小不同截面的元件、而且声阻抗与水数量级相同等特点，最后一个特点使得由压电聚合物制备的水听器可以放置在被测声场中，感知声场内的声压，且不致由于其自身存在使被测声场受到扰动。

基于压电双晶片驱动的微型仿生机器鱼的设计

＝
其中压电陶瓷驱动器具有结构紧凑、积小、率响应体频好、动力大、移分辨率高、制驱动简单、发热、驱位控不无噪声等优点，广泛应用于微型仿生机器鱼领域。可
篑
Ｖ
Ｖ
（１）
器。
文献标识码：Ａ
随着微电子机械系统技术（ＭＥＭＳ的日益发展以）及各种智能材料驱动器的应用，内外已经研制出多国种微型仿生机器鱼＿。１目前采用的智能材料主要有：ｌ。
１流体阻尼力矩）
为简化计算，始设计时选初
用形状简单的尾鳍。求得由于流体摩擦作用产生的为阻尼力矩，立尾鳍数学模型，图２示。建如所当鱼在流体层流状态下运动时，鳍运动受到的尾流体阻力等于尾鳍静止流体以同样速度流向尾鳍时尾鳍受到的力。据平板翼绕流理论，板受到的流体阻根平
（）２
１尾鳍驱动装置设计
鱼类通过肌肉收缩产生运动，过周期性地收缩通
式中：Ａ＝Ｓ／ｓ＝Ｅ／Ｅ。Ｅ／Ｅｐｐ＝；Ｂ＝ｈ／ｈ；Ｄ＝８＋ｐ
身体一侧用于游动的肌肉，时放松相对另一侧的肌同肉，得尾鳍产生来回摆动。尾鳍摆动的时候，迫使当它使一部分水运动，排开的水的惯性会产生垂直鱼体、被与单位时间排水量成比例的反作用力，动鱼体向前推

压电驱动原理

压电驱动原理压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷分离的现象，这种效应被称为压电效应。

而利用压电效应制造的压电器件，可以将电能和机械能相互转换，这就是压电驱动的原理。

首先，我们来看一下压电效应的基本原理。

在一些特定的晶体材料中，当外力作用于其表面时，晶体内部的正负电荷会发生位移，从而产生电荷分离，形成电势差，这就是压电效应。

这种效应在压电材料中是普遍存在的，比如石英晶体、钛酸锆晶体等都具有很好的压电效应。

基于压电效应，我们可以制造出各种压电器件，其中最常见的就是压电陶瓷。

压电陶瓷是一种能够将机械能转化为电能，或者将电能转化为机械能的材料。

在压电陶瓷中，当施加外力时，会产生电荷分离，从而产生电压；反之，当施加电压时，会引起压电陶瓷的尺寸变化，产生机械位移。

这种双向的能量转换特性，使得压电陶瓷在各种领域都有着广泛的应用。

在压电驱动中，我们通常会利用压电陶瓷的特性来实现精密的位置控制和振动控制。

通过施加电压来控制压电陶瓷的尺寸变化，可以实现微米甚至纳米级别的精确位移控制。

这种特性使得压电驱动在精密仪器、光学设备、医疗器械等领域有着广泛的应用。

除了位置控制外，压电驱动还可以用于振动控制。

通过将压电陶瓷作为振动传感器和执行器，可以实现对结构振动的实时监测和控制。

这种应用在航空航天、汽车工程、建筑结构等领域都有着重要的意义，可以提高系统的稳定性和安全性。

总的来说，压电驱动是基于压电效应的原理，利用压电器件实现电能和机械能的相互转换。

通过对压电器件施加电压来控制其尺寸变化，可以实现精密的位置控制和振动控制。

这种技术在各种领域都有着重要的应用，为现代科技的发展做出了重要贡献。

压电晶片工作原理

压电晶片工作原理压电晶片是一种应变敏感的材料，它能将机械能转化为电能，同时也能将电能转化为机械能。

其主要工作原理是基于压电效应和反压电效应。

压电效应指的是某些晶体材料在外部施加应力时，产生电荷极化现象。

这种材料称为压电材料。

常见的压电材料有石英、岩石陶瓷和固体聚合物等。

在压电晶片中，通常使用的是压电陶瓷材料，如铅锆钛酸钪（PZT）。

压电效应的原理可以通过晶格结构进行解释。

在没有应力作用时，压电晶片的晶格处于对称无序状态，正负电荷呈均匀分布。

当外部施加应力时，晶格结构发生畸变，导致正负电荷不再均匀分布，而是趋向于聚集在压力的一侧或拉伸的一侧。

这样就形成了一个电荷极化矢量，即电偶极矩。

当应力解除时，晶格恢复对称无序状态，电荷分布也恢复均匀，这个过程称为反压电效应。

在正压作用下，压电晶片的正压面上会产生正电荷，而负压面上会产生负电荷。

这种正负电荷的不对称分布会引起电势差，即产生电压。

如果将两个电极连接到压电晶片的两个面上，就可以测量到电荷的变化。

压电晶片还可以通过逆向作用，即电能转化为机械能。

当外部电场施加到压电晶片上时，由于电场的作用，晶体会发生电荷重排，导致压电晶片的尺寸变化。

这种尺寸变化可以作用于机械装置，例如振动器、压电陶瓷的振动支座或驱动器等。

这样，压电晶片就能将电能转化为机械能。

逆压电效应是压电晶片在声学、声纳、振动发生器等领域应用的基础。

总体而言，压电晶片的工作原理是基于压电效应和反压电效应。

通过施加或施加到压电晶片上的应力或电场，可以在晶片中产生电荷分布的不对称性，从而形成电势差或引起尺寸变化。

这种能够相互转换机械能和电能的特性，使得压电晶片在传感、驱动和控制等领域有着广泛的应用。

压电双晶片原理

压电双晶片原理压电双晶片是一种基于压电效应的电子技术元件，它能够通过施加压力或电场来实现电荷分离和电势差的产生，具有广泛的应用前景。

本文将详细介绍压电双晶片的原理及其在科技领域的应用。

一、压电效应原理压电效应是指在某些晶体材料中，施加外力会导致晶格结构的形变，从而在晶体表面产生电荷。

这种电荷分离的现象称为压电效应。

压电双晶片就是利用了这种特性，通过控制压力或电场来实现电荷分离。

二、压电双晶片的结构压电双晶片由两层压电晶体片组成，中间夹有一层金属电极。

当外界施加压力或电场时，两层压电晶体片会发生形变，导致金属电极上产生电荷，从而形成电势差。

压电双晶片可以根据外界施加的压力或电场的大小来调节电势差的大小。

三、压电双晶片的工作原理压电双晶片的工作原理可以分为两个过程：压电效应和压电效应反转。

1. 压电效应：当外界施加压力或电场时，压电双晶片中的压电晶体片会发生形变。

在形变的过程中，晶体内部的电荷重新分布，使得金属电极上产生电荷。

这个过程中，电势差的大小与施加的压力或电场成正比。

2. 压电效应反转：当压力或电场消失时，压电双晶片会恢复到原来的形态。

此时，金属电极上的电荷会重新分布，使得压电晶体片恢复到初始状态。

这个过程中，电势差会消失。

四、压电双晶片的应用压电双晶片由于其特殊的压电效应，被广泛应用于科技领域。

以下是其中几个重要的应用领域：1. 压电传感器：压电双晶片可以将压力、力量或应变等物理量转换为电信号，用于测量和检测。

在工业领域，压电传感器常用于压力传感、加速度测量等。

2. 压电陶瓷换能器：压电双晶片可以将电能与机械能相互转换。

压电陶瓷换能器可以将电能转换为声能或机械振动，广泛应用于超声波发生器、声纳、超声波清洗等领域。

3. 压电陶瓷驱动器：压电双晶片可以根据外界的压力或电场变化来调节电势差的大小，因此可以用于制作压电陶瓷驱动器。

压电陶瓷驱动器常用于精密仪器、光学设备的调节和控制。

4. 压电陶瓷发电：压电双晶片中的压电效应也可以被用于发电。

压电双晶片原理

压电双晶片原理压电双晶片是一种能够将机械能转化为电能的晶体材料。

它利用了压电效应，即在受力或压力作用下会产生电荷分离的现象。

压电双晶片由两个压电单晶片组成，中间夹有一层不导电的介质，如玻璃。

当外界施加压力或力量时，介质会挤压压电单晶片，从而引起电荷分离，产生电压差。

这个电压差可以被利用和收集，用来驱动电子器件或充电电池。

压电效应是一种固体材料特有的物理效应。

当一个压电材料受到外力作用时，其晶格结构会发生变形，导致正负电荷分离。

这是因为压电材料的晶格结构在应力作用下会发生微小的形变，从而改变了晶格中正负电荷的排列方式。

这种电荷分离产生的电场会引起电势差，即产生电压。

压电效应的大小与材料的物理性质有关，如晶格结构、晶体取向和材料的厚度。

压电双晶片利用了两个压电单晶片的相互作用，实现了更高的电荷分离效果。

当外界施加压力或力量时，介质将压电单晶片挤压，产生电压差。

这个电压差会通过引线传输到外部电路中，用于供电或充电。

压电双晶片可以应用于多种领域，如能量收集、传感器和执行器等。

压电双晶片在能量收集领域具有广泛的应用前景。

它可以将环境中的机械能转化为电能，用于供电或储存。

例如，压电双晶片可以安装在道路上，当车辆经过时产生的压力可以被转化为电能，用于照明或交通信号灯。

此外，压电双晶片还可以应用于无线传感器网络，收集环境中的能量，延长传感器的使用寿命。

压电双晶片还可以用作传感器。

由于压电效应的灵敏度和快速响应特性，压电双晶片可以用于测量和检测。

例如，在医疗领域，压电双晶片可以用于监测心率和血压。

它可以将机械能转化为电信号，通过测量电信号的变化来判断人体的生理状态。

此外，压电双晶片还可以用于振动检测和加速度测量，广泛应用于工业控制和结构健康监测等领域。

除了能量收集和传感器应用，压电双晶片还可以用作执行器。

执行器是一种能够将电能转化为机械能的装置。

压电双晶片可以通过施加电压来改变其形状，从而产生机械运动。

这种机械运动可以用于控制和操纵。

压电晶体工作原理

压电晶体工作原理
压电晶体是一种具有压电效应的特殊材料，它能够在受到力或压力作用下产生电荷分离和电势差。

其工作原理基本上是基于压电效应和反压电效应。

当一个压电晶体被施加了外力或机械压力时，其晶体结构会发生微小的畸变变形。

这种畸变引起了晶体内部正负电荷的分离，产生了电势差。

这一电势差可以通过导线引出，形成一个压电传感器或压电器件。

同时，在外力施加或压力消失后，压电晶体会通过反压电效应产生相应的机械运动。

这是因为压电效应和反压电效应是相互转化的，即压电效应产生了电荷分离和电势差，而反压电效应产生了机械位移。

压电晶体的工作原理可以简单概括为：应变产生电荷，电荷产生位移。

应变是指外力或压力造成的晶格畸变，而电荷分离和电势差是由于晶格畸变产生的。

当压电晶体接受外界压力时，会产生与压力相关的电荷分离和电势差，反之亦然。

压电晶体在电子器件和传感器中的应用广泛。

例如，压电陶瓷可用于声音传感器和喇叭，压电晶体可用于压力传感器和振动传感器。

此外，压电效应还可以用于精密定位、电力发生器和无线电设备等领域。

总之，压电晶体的工作原理是基于外力或压力引起的晶格畸变和电荷分离，以及电荷分离引起的电势差和机械位移。

这种效
应使得压电晶体成为一种重要的材料，在各种电子器件和传感器中发挥着重要作用。

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惯性块和基板铍青铜基板刚性连接，再与压电晶片粘结在一起。影响压电振子性能的参数主要有基板的长度、宽度和厚度，压电晶片的长度、宽度和厚度等。影响规律如下：
1.压电双晶片振子的自由端变形量在一定的变化范围内，随着基板的长度的增加，一阶固有频率减少。因此，在满足机构的结构尺寸及振子的装夹需要的前提下，应尽量减小有效基板长度。
综上，减小基板、晶片厚度明显增大输出位移。宽度对变形和固有频率影响都很小。有效基板长度对振子的稳态变形影响较小，对振子一阶固有频率影响显著，有效基板长度越长，振子固有频率越低。因此，应尽量减小有效基板长度。具体参数可参考马希理3.2最后
1.2.2周期性激励压电双晶片振子
图2-7压电振子简化模型
总响应是瞬态响应和稳态响应之和：y=y1+y2。瞬态响应y1是按指数规律衰减，阻尼越大，振幅衰减的就越快。稳态响应y2是与激励力同频率的稳态振动，当电源信号成正弦变化即U=Vsinωt，力F可表示为F =F0sinωt，整个振子可以看作在力F作用下的强迫振动系统。设系统的刚度系数和阻尼系数分别为k和c，令n=c/2m，系统无阻尼自振角频率为，阻尼比。
1.1压电驱动基础理论
1.1.1压电陶瓷的性能参数PZT
1.介电常数
2.弹性常数
3.压电常数
4.机电耦合系数
5.机械品质因数Qm
6.工作条件参数
1.1.2压电方程
四类边界条件对应四类压电方程。
1.1.3压电振子的振动模式
四类压电振动模式，作用到压电振子上时，产生三类常用的振动：弯曲振动、伸缩振动和扭转振动，本方案靠两个晶片均采用LE模式来实现压电双晶片端部弯曲运动。一片伸长、一片缩短。
4.压电双晶片宽度对压电振子端部变形及一阶固有频率的影响均很小。
5.双晶片振子的自由端变形量随压电晶片厚度的增加而减少，一阶固有频率随压电晶片厚度的增加而增加。若要获得较大的位移输出，可以减小压电晶片厚度，但是压电晶片越薄，整个悬臂式压电双晶片振子刚度降低，一阶固有频率下降，并且不能承受太高的电压输入。
1.1.6压电双晶片基本参数
忽略质量块产生的机械应力的作用，则应变S =dE，应变和电场强度成正比。为了获得大的静态位移，在使用时应选择具有较高压电常数d的陶瓷材料，压电晶片为容性负载。
主要参数：端部变位δ和最大发生力F，见公式（2-16）、（2-17）.
1.2压电双晶片振子的设计分析
1.2.1自由端变形和固有频率随设计物理参数变化规律
图2-10夹持差10mm时对方波信号的响应波形
测量端部振幅与激励频率的关系：
压电晶片：40mm×20mm×0.35mm
基板：70mm×20mm×0.4mm
质量块：20mm×8mm×5mm×2块
激励信号：20V方波
通过从1Hz至50Hz的频率扫描方式分别测取有效基板长度为60mm的压电双晶片振子的幅频特性曲线，测试结果如下图所示。
2.压电双晶片振子的自由端变形量随基板厚度的增加而减少，一阶固有频率随基板厚度的增加而增大。要想获得较大的输出位移，可减少基板厚度，但刚度降低，一阶固有频率下降，稳定性下降，不能承受过高的电压，因此在选择双晶片是要权衡输出位移和刚度稳定性。
3.压电双晶片振子的自由端变形量与一阶固有频率随压电晶片长度增加而增加，但增大趋势逐渐减弱。
1.1.4压电双晶片的基础理论
使用并联方式作为压电双晶片的电压驱动方式
1.1.5选择悬臂式压电双晶片振子
本方案采用悬臂支撑，此方式可以产生最大的挠曲和柔顺系数（同时谐振频率较低），利于产生较大的惯性冲击力，在悬臂式压电双晶片自由端连接质量块，构成自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片振子，作为惯性冲击驱动器的驱动单元，结构简图。
瞬态பைடு நூலகம்应：
式中振幅A和相位角α由初始条件确定。时间t→∞，响应y→0。
稳态响应：
当时，系统振幅最大，发生共振。
当压电双晶片振子受到方波信号作用时，由傅立叶逆变换可知其响应为方波响应。系统响应滞后于电压信号，而且随着频率的增大，滞后量增大。
不同频率的方波激励位移响应，波形存在衰减振动，且沿夹持端短侧的振幅较大。频率增加，响应波形逐渐趋近于正弦波形。
图2-9压电双晶片振子与激励频率之间的关系