南京理工大学 机械工程学院 SMC气动技术中心,江苏 南京210094
基于智能材料驱动的高速开关阀具有比电磁高速开关阀更好的动静态特性。针对传统悬臂梁结构压电双晶片输出力较小的缺点，该文研究了一种基于压电双晶片的气动高速开关阀，提出了一种简支梁结构固定方式。借助COMSOL对压电元件流固耦合问题进行分析，优化了阀的关键结构参数，并对样机进行了实验研究。实验结果表明，阀的工作频宽达到280 Hz，在压差0.3 MPa的条件下，最大流量为30.7 L/min。
压电双晶片 气动高速开关阀 简支梁 流固耦合 piezoelectric bimorph pneumatic high-speed on/off valve simply supported beam COMSOL COMSOL fluid-structure interaction
1 吉林大学 机械科学与工程学院, 吉林 长春 130022
2 吉林大学 珠海学院 机电工程系, 广东 珠海 519041
为了实现对轻、薄、小产品的平稳输送, 利用圆形压电双晶片作为振动给料器的动力源, Z型弹簧片作为主振弹簧, 并基于系统共振方法设计了新型压电驱动式振动给料器。介绍了圆形压电双晶片驱动式振动给料器的工作原理, 建立了动力学模型, 获得了系统固有频率表达式; 分析了压电双晶片的振动模态, 确定了一阶振型为工作振型。研制了振动给料器样机, 利用样机测试了电压、频率与送料速度的特性曲线以及主振弹簧片角度对送料速度、送料稳定性、送料噪声的影响规律。试验结果表明: 电压为150 V, 频率为142 Hz时, 输送电池帽的速度为8.5 battery cap/s; 频率为136~148 Hz时,系统具备输送物料的能力, 共振条件下(142 Hz)输送速度最快; 随着电压的升高, 输送速度呈线性增加; 输送的单体物料质量增加时, 主振弹簧片安装角度宜变小。
压电驱动 振动给料器 压电双晶片 力学模型 模态分析 piezoelectric drive vibratory feeder piezoelectric bimorph dynamic model modal analysis
1 浙江师范大学 精密机械研究所, 浙江 金华 321004
2 兰州交通大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730070
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。
压电双晶片振子 悬臂式双晶片振子 夹持长度 动态特性 piezoelectric bimorph vibrator cantilever bimorph vibrator clamping length dynamic characteristics
1 中国科学院 上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国电子科技集团公司 第五十研究所，上海 200063
研究了用于空间红外相机低温光学系统的压电双晶片扫描器的低温迟滞蠕变问题。压电双晶片具有行程大，不发热，在低温下仍然能够工作等优点，然而由于压电陶瓷固有的迟滞蠕变特性，使得其扫描精度受到了较大的影响。本文在常温和低温下，对所研制的压电双晶片扫描器的迟滞和蠕变特性进行实验研究和特性对比。结果显示：尽管压电双晶片扫描器的迟滞量和蠕变量均有大幅度下降，但由于总行程的下降幅度更大，使得迟滞度和蠕变系数有较大上升; 120 K下的迟滞度约为300 K下的2倍，120 K下的蠕变系数比300 K下的上升了一个数量级。低温下压电双晶片扫描器的迟滞和蠕变特性相比常温下更加严重，这给其在低温下的高精度应用带来了更大的影响。
红外相机 压电双晶片 低温光学 迟滞蠕变 infrared camera piezoelectric bimorph actuator cryogenic optics hysteresis and creep
吉林大学 机械科学与工程学院，吉林 长春 130022
针对目前压电驱动器主要使用非对称锯齿波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状，采用对称电压信号驱动压电振子，设计了非对称夹持式压电旋转驱动器。用对称波电信号作用在压电双晶片振子上，产生正反两个方向大小不同的周期性惯性冲击力，驱动机构实现旋转位移。建立了压电旋转驱动器的动力学模型，分析了非对称夹持旋转驱动器实现大小不同惯性冲击力的原理以及压电旋转驱动器的运动过程。组成了压电旋转驱动器的测试系统，在不同电压幅值、频率的方波激励下，对压电旋转驱动器的平均步长进行了测试。结果表明：非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单向转动，最大行程为360°，最大承载能力超过300 g，步长分辨率为5 μrad，最大转动速度为4 000 μrad/s；驱动器样机在20 V、2 Hz的方波激励下，平均运动步长为12 μrad，转动速度为24 μrad/s。
非对称波 惯性冲击 压电双晶片 旋转驱动器 asymmetric wave inertial impact piezoelectric cantilever bimorph rotated actuator
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
扫频光学相干层析技术(SSOCT)相比于传统的时域OCT技术(TDOCT)在系统的成像速度和灵敏度方面都有了显著的提高, 已成为目前OCT领域的研究热点。报道了基于一维扫描光纤探头的SSOCT成像系统。该探头利用光纤悬臂的共振特性, 通过对压电陶瓷施加接近于该共振频率的驱动信号, 实现光纤悬臂的单驱动一维扫描。为了保证系统轴向分辨率, 需要对干涉光谱信号进行k空间标定, 系统采用基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)的同步标定方法, 轴向分辨率达到8.3 μm。应用所研制的光纤扫描探头于SSOCT系统, 在20 kHz的A-Scan速率下, 成像速度达20 frame/s, 横向范围1 mm, 横向分辨率10 μm, 获得初步的实验结果, 验证了方案的可行性。
医用光学与生物技术 光学相干层析成像 压电双晶片 扫频光源
吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130025
提出了利用正弦波信号驱动压电双晶片振子,应用惯性冲击力实现机构微小位移的技术方案,建立了机构运动的数学模型.设计了斜面结构,使正弦波作用产生的周期性惯性冲击力形成竖直作用于微位移驱动机构的分量,通过改变正压力调整摩擦阻力的大小,并推导了Qu
微位移机构 振动 惯性冲击 摩擦 压电双晶片 正弦波
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
研制了应用于光学相干层析(OCT)成像的二维扫描光纤探头。该探头利用光纤悬臂的共振特性，结合光纤悬臂的结构不对称性，使光纤悬臂在正交方向具有不同的共振频率。通过对压电双晶片施加接近于上述两种共振频率的混频信号，就能同时激发光纤悬臂两正交方向上的振动，实现光纤悬臂的单驱动二维扫描。扫描采样率对成像质量至关重要，可通过驱动信号的频率选择和图像采集时间的设定来控制。在光纤悬臂固有频率曲线谐振宽度范围内细调驱动信号频率，可形成不同形状因而不同扫描覆盖率的大振幅李萨如轨迹。为实现扫描图像的正确重建，在扫描探头中引入了二维位置敏感探测器，用于扫描轨迹的同步记录。应用所研制的光纤扫描探头于已建立的光学相干层析系统，开展了典型样品的横断面扫描成像实验，在2 frame/s的采样速率获得了初期的实验结果，验证了方案的可行性。
光纤光学 光学相干层析 二维扫描 压电双晶片 李萨如轨迹
1 吉林大学,机械工程学院,吉林,长春,130025
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提出了一种利用双压电晶片驱动小型平台的研究方案,该平台可实现水平面内的两自由度精密运动.在对粘滑型运动机构的工作原理进行分析的基础上,建立了压电式粘滑机构的动力学模型并进行了仿真分析,设计研制了试验样机,并从运动性能和承载能力两个方面对样机进行了实验研究.实验结果表明,设计的压电薄膜型精密运动平台结构简单、体积小、质量轻、步距稳定且行程大,电压低于30 V驱动时,步距误差不超过0.5μm,承载能力约为自身质量的7～8倍.
压电双晶片 精密运动平台 粘滑效应 微操作 微小机器人
1 南京航空航天大学,江苏,南京,210016
2 扬州大学,机械学院,江苏,扬州,225000
3 东南大学,机械系,江苏,南京,210096
分析了昆虫的翅膀-胸部运动系统,并以此为基础,仿生设计出压电双晶片驱动,柔性双摇杆机构放大位移并带动仿生翅拍动的扑翼系统.分析了压电双晶片的工作原理,讨论了柔性四杆机构的自由度和运动学,并对整个系统的准静力学进行探讨,以确定能否产生足够的力克服空气阻尼.仿真和实验结果表明,通过柔性机构放大压电双晶片位移,能实现仿生翅所需运动,同时进一步的优化设计将有助于改进扑翼机构的运动性能.
压电双晶片 柔性机构 扑翼系统 微型扑翼飞行器
