为改善惯性压电驱动器输出性能, 提出了一种新型具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器。在非对称夹持的基础上, 定义了一种偏置结构。为了解偏置结构对驱动器输出性能的影响, 建立了机构的力学模型方程, 推导并仿真分析了驱动器的动力学特性。设计、制作了试验样机, 搭建了试验系统; 进行了试验测试并与无偏置结构驱动器进行了性能对比。结果表明: 偏置距离为15 mm时, 驱动器输出步距角速度最大。与无偏置结构驱动器相比, 驱动电压为100 V、23 Hz时, 驱动器输出最大角速度从3.48 rad/s增加至5.39 rad/s, 增幅达54.88%, 驱动器最大驱动力矩从2.41 N·mm增加至3.62 N·mm, 增幅达50.2%; 驱动电压为100 V, 4 Hz时, 驱动器稳定运行时的承载量达1 300 g。理论与试验结果表明, 提出的有偏置结构的驱动器具有输出步距角速度和驱动力矩更大的特点。

提出利用结构分析软件ANSYS和流体分析软件ANSYS CFX对无阀压电泵进行流固耦合仿真分析, 以研究无阀压电泵的输出性能。分别对进口在中间出口在一侧、出口在中间进口在一侧、进出口对称布置的3种不同结构形式的无阀压电泵进行了流固耦合仿真分析。结果显示, 上述3种无阀压电泵中, 出口在中间进口在一侧结构形式的无阀压电泵的宏观输出流量最大。制作了3种无阀压电泵的试验样机, 并搭建了相应的试验测试系统, 在幅值为45 V、频率为0~700 Hz 的正弦信号激励下对其输出流量进行了测试。结果表明, 3种不同结构形式的无阀压电泵的最大输出流量分别为3.8、6.0和4.0 ml/min, 出口在中间进口在一侧的压电泵输出流量最大, 与流固耦合仿真分析的结果相吻合, 验证了本文提出的流固耦合仿真分析的方法可以指导压电泵的设计。

以惯性压电旋转驱动器为研究对象，对比研究了非对称式惯性压电旋转驱动器和变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的运动特性。分析了两种驱动器的工作原理，设计、制作了试验样机，搭建了测试系统并对两种压电旋转驱动器进行了对比试验测试。结果显示：在8 Hz方波电信号的激励下，非对称式压电驱动器的旋转步距大于变摩擦力式旋转驱动器；当驱动电压为100 V时，非对称式与变摩擦力式压电驱动器的回退率分别为73.19%、65.67%；在40 V、8 Hz的方波激励下，非对称式与变摩擦式压电驱动器的线性度残差平方和与重复性标准差分别为0.031、0.069与0.011、0.063。试验结果表明：与变摩擦力式驱动器相比，非对称式驱动器的输出步距及回退率更大，具有较高的线性度和重复性。

由于惯性冲击力是压电惯性驱动器产生运动的关键, 故本文探讨了方波激励下压电振子的惯性冲击力大小。推导了压电双晶片振子在方波激励下的冲击响应, 分析了惯性冲击力的时域特性和幅频特性, 分析得到方波激励下惯性冲击力信号频率主要集中在0~500 Hz。采用加速度传感器初步测试了压电双晶片振子的加速度参数, 测试结果与理论模型相近。结合压电双晶片振子的端部惯性质量计算得到惯性冲击力的数值, 利用快速傅里叶算法获得了加速度参数的幅频特性。最后, 采用摩擦学的方法对惯性冲击力的数值进行了验证, 验证结果表明两种方法的最大相对误差为898%, 表明加速度传感器测试惯性冲击力是可行的。

设计了以非对称机械夹持压电双晶片振子为驱动元件, 支撑面之间正压力可以改变的非对称夹持惯性压电旋转驱动器。分析了该驱动器的运动机理, 建立了非对称夹持压电双晶片振子的仿真分析模型, 研制了实验装置, 并采用ANSYS仿真分析和试验测试对比的方式, 探讨了非对称夹持压电双晶片振子在对称方波激励电信号作用下的瞬态加速度响应情况。仿真分析和试验测试结果表明, 在对称方波激励电信号作用下, 非对称夹持压电双晶片振子具有较好的惯性冲击特性。试验研究了变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器在不同旋转角度和激励电信号频率条件下的工作性能, 结果表明: 在夹持差为4 mm, 激励电信号电压为30 V, 激励电信号频率为5 Hz, 压电振子与接触平面之间夹角为50°时, 研制的压电旋转驱动器能够明显减少惯性压电旋转驱动器回退的现象, 可实现稳定单向旋转。

设计了一种采用3个结构尺寸不同的压电振子进行电信号-音频信号转换的三分频式压电骨传导助听装置，该装置可以适应较宽的工作频率范围。对压电振子进行了模态仿真分析和谐响应仿真分析，得出了压电振子最佳振型和谐振频率，确定了各个压电振子的工作频率段。根据仿真结果设计制作了三分频压电骨传导助听装置试验样机，对样机的幅频特性和响度进行了试验测试。结果显示: 助听装置中低频、中频和高频压电振子的最大振动幅值分别为86.08 μm、34.24 μm和1.545 μm，且处于各自振动频率段内; 低频、中频和高频压电振子在各自频段内响度最大，各频段的最大响度值依次为69.1 dB、98.3 dB和117.1 dB。由于3个压电振子同时工作时，各频段声音都能得到较好的响应，因此拓宽了声音的响应频域。

针对多光谱图像在色度高保真再现等领域的应用, 为提高压缩效率, 进一步存储传输, 提出了WF系列编码方法, 设计了APWS_RA算法, 进而提出了一种低复杂度、光照稳定性好且支持跨设备再现的WF_APWS_RA压缩算法。首先研究了现有的基于光谱均方误差的小波嵌入编码原理, 提出了色感应失真准则和视觉特性矩阵W;同时, 优化了APWS编码算法的码率分配, 形成APWS_RA编码算法;最后, 结合以上技术, 以色度误差准则指导编码, 对视觉加权后的多光谱图像数据进行aPWS_rA编码, 命名为WF_APWS_RA。WF_APWS_RA算法融合人眼视觉特性矩阵W, 利用吸引力传播(Affinity Propagation)聚类挖掘加权图像的谱间冗余, 小波变换去除其空间冗余, 最后结合误差补偿机制和码率分配策略进行小波编码。实验表明, 在相同比特率下, 较现有低复杂度经典编码算法, WF系列编码方法能更有效地保留光谱中的色度信息, APWS_RA算法的重建光谱误差最小, WF_APWS_RA算法的重建色度精度优势明显。

提出一种以圆形轮式片状弹簧作为中间弹性支撑的新型压电骨传导听觉装置以提高它的低频响应性能。通过对听觉装置的动力学建模,理论分析了由支撑弹簧和压电振子组成的振动系统;选择厚度为0.9 mm的片弹簧作为听觉装置的支撑元件,设计了圆形轮式片状支撑弹簧。最后,制作了弹性支撑式压电骨传导听觉装置的试验样机,搭建了试验测试系统,对样机的幅频特性、响频特性和噪频特性进行了试验测试。实验结果显示：当电源激励信号频率为550 Hz时,压电振子的最大振动幅值可达22.21 μm;中低频区域的响度为60~70 dB,中高频区域的响度稳定在80 dB左右;在离听觉装置1 m远处测试到听觉装置的噪声大小为35~40 dB。得到的数据表明：圆形中间弹性支撑式压电骨传导听觉装置具有较好的低频响应性能,其响度基本能够满足佩戴者的听力要求,近距离噪声也不大。

提出发光二极管(LED)多向准直透镜的设计方法，利用多个自由曲面的全反射实现多向准直。基于LED的朗伯型配光展开研究，采用光学透镜配光，运用Matlab软件进行数值计算，得到自由曲面上的多个点坐标值，结合3D软件及TracePro设计出多向准直透镜。所得多向准直光束在同一个平面，该平面与LED发光面平行，各准直光束发散角均仅约3°。

以惯性压电驱动器的关键部件——悬臂式压电双晶片振子为研究对象，探讨了悬臂式压电双晶片振子的夹持长度变化对其动态特性的影响规律。首先，建立了悬臂式压电双晶片振子静态参数方程和动力学模型。然后，应用matlab软件仿真分析了夹持长度变化对悬臂式压电双晶片振子的端部位移幅值和惯性加速度幅值的影响。最后，分别测试了悬臂式压电双晶片振子在不同夹持长度下的端部位移幅值以及惯性加速度幅值。结果显示：驱动电压为10 V，频率为11 Hz，悬臂式压电双晶片振子的夹持长度在9~20 mm内变化时，其端部位移幅值最大为66.2 μm，产生的惯性加速度幅值最大为10.2 ms-2。仿真和试验结果表明：激励电场相同时，随着悬臂式压电双晶片振子的夹持长度增大，其端部位移幅值会变小，而其产生的惯性加速度会变大。