壓電

101）0 引言壓電泵是利用壓電振子作為驅(qū)動(dòng)器件，利用逆壓電效應(yīng)使壓電振子產(chǎn)生往復(fù)變形，引起泵腔的體積和壓強(qiáng)發(fā)生交替變化實(shí)現(xiàn)流體的連續(xù)傳輸?shù)囊环N微型泵，具有體積微小、能耗低、可精確控制流量、低電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在微量藥物輸送[1]、芯片水冷系統(tǒng)[2]、生物化學(xué)分析[3]以及燃料電池[4]等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。壓電振子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且作為電能與機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換元件，是壓電泵的核心部件。壓電振子工作在系統(tǒng)諧振頻率處，能夠產(chǎn)生最高的能量轉(zhuǎn)換率，此時(shí)，壓電泵可獲得最佳

003）1 引言壓電振子是壓電換能器和壓電驅(qū)動(dòng)器的核心部件。利用壓電材料的正壓電效應(yīng)可將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，匹配能量采集電路，為負(fù)載提供電能。通常，壓電振子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換，受到國(guó)內(nèi)外專家的廣泛研究［1-3］。對(duì)于壓電振子，工作時(shí)的頻率和外界頻率相匹配時(shí)，其輸出電能最大。目前，對(duì)壓電振子發(fā)電性能的研究涉及較多。文獻(xiàn)［4］提出的一種折疊式壓電振子由彈性折疊梁和壓電陶瓷片組成，其中壓電陶瓷片粘貼在彈性薄梁層的上下表面。通過對(duì)折疊彈性梁施加

之相關(guān)的技術(shù)，而壓電道路便是其中的一種。車輛行駛過路面，路面形變的能量大都以熱量的形式流失，由于我國(guó)是一個(gè)交通大國(guó)，每年行駛在道路上的車輛不計(jì)其數(shù)，因此耗散的能量異常之大。有研究表明，在開放交通的條件下，中小型汽車碾壓過壓電路面，能夠輸出的開路電壓達(dá)到15～80 V[1]，如果能夠?qū)⑦@部分能源回收，對(duì)于我國(guó)的能源戰(zhàn)略有非常大的價(jià)值。壓電公路這個(gè)想法一經(jīng)提出，便受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)相繼開展研究。其成本是太陽(yáng)能發(fā)電的1/3，有很好的經(jīng)濟(jì)性。并且，

另一種方法是利用壓電材料對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振。從上個(gè)世紀(jì)開始，研究人員對(duì)壓電片在梁、板等結(jié)構(gòu)中起到的抑振作用進(jìn)行了廣泛研究[1-3]。利用壓電材料的正/逆壓電效應(yīng)可將機(jī)械能和電能進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換，基于此原理的被動(dòng)、主動(dòng)和主被動(dòng)混合控制技術(shù)近年來得到了長(zhǎng)足發(fā)展[4-6]。壓電片在較薄的結(jié)構(gòu)中能起到很好的抑振作用，但是對(duì)于質(zhì)量過大或者厚度過大的結(jié)構(gòu)，壓電片的減振效果會(huì)受到影響。且在工程中當(dāng)壓電片粘貼在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上時(shí)，外接電路的電線往往阻礙結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和軸系轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于柱狀的壓電

越性[1]。利用壓電材料制成的壓電俘能器具有輸出能量密度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、無需外部電源、便于實(shí)現(xiàn)小型化和集成化等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外的學(xué)者普遍關(guān)注，具有非常廣闊的應(yīng)用前景[2]。從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，功率大小是研究壓電俘能器的重要指標(biāo)。功率輸出不足是當(dāng)前壓電俘能器實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的主要阻礙[3]。因此如何提高壓電俘能裝置的輸出功率成為近幾年研究的關(guān)鍵問題。為解決傳統(tǒng)壓電懸臂梁輸出功率有限，工程應(yīng)用困難等問題，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者針對(duì)懸臂梁上壓電層的厚度和層數(shù)展

具有較大的剛度;壓電驅(qū)動(dòng)在接合時(shí)消耗的功率非常小.基于以上優(yōu)點(diǎn),執(zhí)行器的主要應(yīng)用之一是和壓電材料一起用作主動(dòng)振動(dòng)控制.其中摩擦力作用下壓電執(zhí)行器的主動(dòng)控制具有重要意義[7,10-11].振動(dòng)特性分析是壓電應(yīng)用的前提,摩擦工況下的靜態(tài)和振動(dòng)控制都需要了解壓電摩擦誘發(fā)振動(dòng)的響應(yīng),從而提供所需要的振動(dòng)控制信號(hào).摩擦力是一種實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)力,所以很難得到摩擦力作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的解析解.據(jù)作者所知,還沒有對(duì)摩擦力作用下的壓電執(zhí)行器的振動(dòng)特性和參數(shù)分析的研究.鑒于

700)0 引言壓電智能結(jié)構(gòu)由于其自身特有的正壓電與逆壓電效應(yīng)，在航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，關(guān)于壓電材料的正壓電效應(yīng)研究成果比較多[1-3]。文獻(xiàn)[4-6]研究了正壓電效應(yīng)下的壓電結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，給出了不同場(chǎng)合、不同工況下的壓電結(jié)構(gòu)的應(yīng)用原理與方法。相對(duì)來說，關(guān)于逆壓電條件下的結(jié)構(gòu)分析研究起步較晚，成果較少，文獻(xiàn)[7]研究了空間桁架結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制，發(fā)現(xiàn)壓電結(jié)構(gòu)在逆壓電條件下，可以使空間桁架結(jié)構(gòu)達(dá)到自我控制、自我適應(yīng)的效果。文獻(xiàn)[8]研究了壓電驅(qū)

浪費(fèi)。目前，由于壓電陶瓷壓電性能優(yōu)越、響應(yīng)速度快和耐久性好的特點(diǎn)，使其成為精準(zhǔn)控制閥的首選材料。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥進(jìn)行了深入的研究[3]。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)閥以不同的結(jié)構(gòu)特征分為：先導(dǎo)型、直動(dòng)型、噴嘴擋板型和開關(guān)型等4類。楊慶俊等[4]提出一種采用壓電驅(qū)動(dòng)器控制先導(dǎo)閥口開度的比例減壓閥，通過Simulink軟件分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)閥的靜態(tài)特性的影響。俞軍濤等[5]提出了一種壓電直接驅(qū)動(dòng)伺服閥，設(shè)計(jì)了一種新型的液壓微位移放大結(jié)構(gòu)，對(duì)膜片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剛度和強(qiáng)度分析

鉍層狀結(jié)構(gòu)高溫壓電陶瓷是重要的功能材料，其典型代表鈦酸鉍（Bi4Ti3O12，簡(jiǎn) 稱BIT）是國(guó)際上482℃高溫壓電振動(dòng)傳感器用壓電材料的首選，在高溫、高輻照、復(fù)雜振動(dòng)等嚴(yán)苛環(huán)境下對(duì)關(guān)鍵裝備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和健康管理。BIT壓電陶瓷的居里溫度（TC=675℃）高，但其晶體結(jié)構(gòu)決定自發(fā)極化方向受到二維限制，因此導(dǎo)致壓電系數(shù)偏低，高溫電阻率較低導(dǎo)致漏電流偏大，制約了BIT壓電陶瓷在高溫領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所壓電陶瓷材料與器件研究團(tuán)隊(duì)通過離

振動(dòng)能量為對(duì)象的壓電振動(dòng)發(fā)電技術(shù)的研究表現(xiàn)出強(qiáng)勁的勢(shì)頭，為了能夠獲得具有較高發(fā)電能力的壓電振動(dòng)發(fā)電裝置，相關(guān)研究人員進(jìn)行了大量的理論研究和試驗(yàn)研究［2-7］，為壓電振動(dòng)發(fā)電裝置的實(shí)用化奠定了良好的基礎(chǔ)。例如，2005年，文獻(xiàn)［8］研究了單懸臂梁壓電發(fā)電裝置的發(fā)電性能問題，研究過程中，建立了其發(fā)電理論模型，結(jié)果表明，單懸臂梁壓電發(fā)電裝置能夠在較低頻率的環(huán)境振動(dòng)源中收集到較多的能量，所收集的能量完全能夠滿足低功耗無線傳感器節(jié)點(diǎn)的供能需求；2013年，文獻(xiàn)［9］

學(xué)研究院0 引言壓電加速度計(jì)是常見的振動(dòng)類傳感器，廣泛應(yīng)用于振動(dòng)噪聲控制領(lǐng)域，如航空航天、汽車和船舶、建筑測(cè)量、機(jī)械制造、旋轉(zhuǎn)機(jī)械和電力系統(tǒng)。壓電加速度計(jì)根據(jù)壓電元件所處的不同位置分為標(biāo)準(zhǔn)壓電加速度計(jì)和工作用壓電加速度計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)壓電加速度計(jì)的壓電元件在加速度計(jì)的頂端，工作用壓電加速度計(jì)的壓電元件在其底端[1-3]。1 工作原理壓電加速度計(jì)主要由質(zhì)量塊、壓電元件和基座組成，利用壓電元件的正壓電效應(yīng)進(jìn)行工作。即當(dāng)加速度計(jì)測(cè)振時(shí)，壓電元件受到質(zhì)量塊的慣性力作用，產(chǎn)

40)0 引 言壓電材料是指受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的材料[1]。壓電材料分為無機(jī)和有機(jī)兩大類[2]。無機(jī)壓電材料具有壓電系數(shù)高、易摻雜改性、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。有機(jī)壓電材料具有較高的柔韌性、低密度、低阻抗和高壓電電壓常數(shù)等優(yōu)點(diǎn)[3]。壓電材料廣泛應(yīng)用于許多電子應(yīng)用中，如換能器、傳感器和致動(dòng)器[4-5]。纖維素是地球上最豐富的天然聚合物，廣泛存在于棉花和木材中，具有可再生和可生物降解的突出優(yōu)點(diǎn)，屬于環(huán)境友好型天然高分子[6-9]。纖維素的

亟待解決的問題。壓電陶瓷是指經(jīng)直流高壓電場(chǎng)極化處理后具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷，具有密度小、響應(yīng)精度高，頻響高和輸出力大等優(yōu)點(diǎn)[3]，目前已應(yīng)用在衛(wèi)星[4]、空間望遠(yuǎn)鏡等微振動(dòng)抑制方面。單片壓電陶瓷的輸出位移較小，難以抑制實(shí)際工程中的大振幅振動(dòng)，這極大限制了其應(yīng)用。壓電層的串聯(lián)可以大幅增加相同電壓下壓電陶瓷的輸出位移[3]，因此通常將壓電陶瓷片串聯(lián)制成壓電層串聯(lián)、電極層并聯(lián)的壓電疊堆，以達(dá)到低電壓驅(qū)動(dòng)、高性能輸出的目的[3]。壓電疊堆是將多層壓電片通過環(huán)氧樹脂

070)1 引言壓電泵具有廣泛的應(yīng)用前景，壓電泵的微型流體系統(tǒng)也可以應(yīng)用于燃料電池之中，對(duì)燃料電池的陰、陽(yáng)極燃料進(jìn)行補(bǔ)給和循環(huán)，從而簡(jiǎn)化燃料電池外置設(shè)備，縮小電池整體體積和能量損耗，從而提高電池的發(fā)電效率。有很多學(xué)者提出了很多不同而結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，改善了壓電泵的內(nèi)部流場(chǎng)特性，提高了壓電泵的輸出能力。其中無閥式壓電泵，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，便于控制，大量的專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究[1]。文獻(xiàn)[1]首次利用流體在一種特殊的流管中的流動(dòng)時(shí)其正反流阻特性不同的原理，制作

003)0 引言壓電俘能器利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，通過匹配能量采集電路，為負(fù)載提供電能。通常壓電俘能器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易發(fā)電，因而國(guó)內(nèi)外專家已廣泛研究[1-2]。本文提出的一種折疊式壓電振子結(jié)構(gòu)[3]由壓電層、彈性層和粘結(jié)層組成。在實(shí)際應(yīng)用中，壓電振子的固有頻率與環(huán)境的振動(dòng)頻率接近，使其機(jī)電轉(zhuǎn)換性能得到充分利用。相應(yīng)地，隨著交變位移作用，折疊壓電振子的各部分材料將會(huì)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，直至結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。由此可見，疲勞壽命將成為影響壓電振子輸出電能

烯(PVDF)和壓電纖維復(fù)合材料(MFC)等柔性壓電材料因其質(zhì)地柔軟、易制作等特點(diǎn)成為研究這種在流體中俘能的主要材料。柔性壓電材料多應(yīng)用于壓電俘能[1-3]、振動(dòng)傳感測(cè)量[4]及力敏傳感器[5]等領(lǐng)域。謝濤教授采用MFC壓電纖維片制作了壓電振子，并研究了其在流體卡門渦街場(chǎng)中的俘能規(guī)律[6]。Giacomello等[7]提出了使用IPMC薄膜材料的水下俘能裝置，試驗(yàn)結(jié)果表明，使用尺寸為11 mm×33 mm×0.2 mm的IPMC薄膜，在外接最佳負(fù)載時(shí)，俘能

000）0 引言壓電材料是一種新型的智能材料，它具有正、逆壓電效應(yīng)，即在受到外界荷載激勵(lì)時(shí)會(huì)在材料表面會(huì)形成正負(fù)相反的電荷，電荷量的大小與外界施加激勵(lì)成正比，當(dāng)外界激勵(lì)消失時(shí)，材料又處于不帶電狀態(tài)?；?span id="j5i0abt0b" class="hl">壓電材料獨(dú)特的正逆壓電效應(yīng)，將其作為傳感器與作動(dòng)器，直接布置在結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行振動(dòng)控制，縮減了振動(dòng)控制時(shí)的中間環(huán)節(jié)，從而大幅提高控制效率。1 壓電材料的分類及特點(diǎn)從壓電材料被發(fā)現(xiàn)以來，其種類也得到了極大地豐富。目前主要包括壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物、壓電纖維

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，壓電材料應(yīng)用越來越廣泛，尤其在半導(dǎo)體工藝、激光雷達(dá)等領(lǐng)域中，以壓電材料為核心材料的激光掃描器應(yīng)用廣泛。壓電光學(xué)掃描器一般使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，在自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償中被廣泛使用。壓電陶瓷由于驅(qū)動(dòng)位移量小，在掃描器頻率較高情況下會(huì)造成掃描角度小，限制了壓電陶瓷的應(yīng)用。為改善傳統(tǒng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)位移量小的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了多種具有位移放大功能的壓電驅(qū)動(dòng)器，其主要使用杠桿放大原理，應(yīng)用在多種微位移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域。雖然具有位移放大功能的壓

37)0 引 言壓電材料在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，其具有的壓電效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能的互相轉(zhuǎn)換，這是傳感器和致動(dòng)器的工作原理之一。目前，工業(yè)中使用的壓電材料主要有以鋯鈦酸鉛(PZT)為代表的陶瓷材料和以聚偏二氟乙烯(PVDF)為代表的聚合物材料。PZT陶瓷具有強(qiáng)壓電性、高介電常數(shù)、高機(jī)電耦合系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)[1]，因此盡管其存在有毒性和脆性較大的缺點(diǎn)，但仍被廣泛應(yīng)用于傳感器和致動(dòng)器等領(lǐng)域[2]。自1969年研究人員發(fā)現(xiàn)聚偏二氟乙烯具有壓電性以來，具有柔性特征的壓

單、雙層主動(dòng)吸聲壓電材料表面驅(qū)動(dòng)電壓的計(jì)算方法：?jiǎn)螌又鲃?dòng)吸聲系統(tǒng)以一層壓電材料作為驅(qū)動(dòng)電壓來防止反射波的傳播，雙層主動(dòng)吸聲系統(tǒng)則通過兩層壓電材料的協(xié)調(diào)來防止反射波和投射波的傳播。分別通過理論法和聲電類比法對(duì)單層主動(dòng)吸聲系統(tǒng)和雙層主動(dòng)吸聲系統(tǒng)兩種方式進(jìn)行計(jì)算、比較和分析。其中，理論法根據(jù)相關(guān)定理和定律對(duì)主動(dòng)吸聲方式進(jìn)行解釋，聲電類比法則將產(chǎn)生的聲信號(hào)與電或力的情形相類比。采用Matlab軟件對(duì)以上兩種方法進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果對(duì)主動(dòng)吸聲以及主動(dòng)隔聲的研究具有指導(dǎo)

）?淺談如何提高壓電陶瓷點(diǎn)火器的著火率廖遠(yuǎn)錦1，梁燕珍1，梁彩芬2（1.佛山市金甲環(huán)?？萍加邢薰?，佛山528000； 2.佛山市建材行業(yè)協(xié)會(huì)，佛山528000）為了更有效地提高壓電陶瓷點(diǎn)火器的著火率，我們對(duì)企業(yè)的不合格品進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合企業(yè)使用的設(shè)備及配件進(jìn)行分析，試驗(yàn)證明：壓電座的平行度對(duì)壓電陶瓷點(diǎn)火器質(zhì)量有著相當(dāng)重要的影響。生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制壓電座的平行度差值，當(dāng)平行度差值控制在＜0.03 mm范圍內(nèi)時(shí)，壓電陶瓷點(diǎn)火器的著火率有明顯的提

收集的方式主要有壓電式［3－7］、靜電式［8］和電磁式［9，10］三種。壓電式振動(dòng)能量收集裝置因結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保等特性，在不久的將來有望成為電池的替代品，為各類微機(jī)電系統(tǒng)及低功率無源傳感器提供動(dòng)力。在各種類型的壓電式振動(dòng)能量收集裝置中，懸臂梁形壓電振動(dòng)能量收集裝置因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量收集效率高而被廣泛研究，但以往主要側(cè)重于截面厚度不變的壓電梁發(fā)電性能的理論和實(shí)驗(yàn)研究。本文將對(duì)變截面壓電單晶梁的發(fā)電性能進(jìn)行研究。1 變截面壓電單晶梁結(jié)構(gòu)及工作原理圖1為

09)0 引 言壓電層合結(jié)構(gòu)作為傳感器與致動(dòng)器，在航天、精密控制與測(cè)量及微機(jī)電系統(tǒng)中廣為采用[1，2]。壓電層合結(jié)構(gòu)已成為近20年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，近年來用于壓電多層結(jié)構(gòu)分析的有限元數(shù)值方法得到了飛速發(fā)展。文獻(xiàn)[3，4]最早開展了這方面的研究工作;文獻(xiàn)[5]總結(jié)了壓電三明治層合結(jié)構(gòu)的有限元理論;文獻(xiàn)[6]基于離散層理論提出了板殼的有限元分析模型;文獻(xiàn)[7]提出了一種能用于拉伸致動(dòng)與剪切致動(dòng)3層壓電耦合結(jié)構(gòu)分析的通用有限元模型;文獻(xiàn)[8]運(yùn)用雙線性四節(jié)

對(duì)環(huán)境無害的無鉛壓電材料——鋯鈦酸鋇鈣,其壓電性能超越了全球使用了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的壓電材料鋯鈦酸鉛 (PZT)陶瓷。該產(chǎn)品以二氧化鋯、碳酸鋇、碳酸鈣和二氧化鈦為原料,采用陶瓷固相燒結(jié)法生產(chǎn)而成。和以往的無鉛壓電材料相比,鋯鈦酸鋇鈣具有出色的壓電性能,壓電系數(shù)高達(dá)620 pC/N,首次超過了鋯鈦酸鉛 250～590 pC/N的壓電性能。這種新材料目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段,預(yù)計(jì) 5～10 a后有望廣泛應(yīng)用于工業(yè)和家電領(lǐng)域。

業(yè)部 陜西西安)壓電陶瓷的極化原理和測(cè)試方法杜克相 潘中印 段亞玲(東方地球物理公司裝備制造事業(yè)部 陜西西安)壓電陶瓷材料的“鐵電性”是壓電材料的一個(gè)重要性能。對(duì)壓電陶瓷材料做極化處理,使壓電材料有了方向性,也使壓電性有一個(gè)質(zhì)的飛躍。文章介紹了有關(guān)壓電陶瓷材料的極化處理知識(shí)和壓電陶瓷的常用測(cè)量方法,以便壓電地震檢波器的設(shè)計(jì)人員在選用壓電陶瓷材料時(shí)能更方便、更準(zhǔn)確。地震檢波器;壓電陶瓷;極化;測(cè)試方法0 引 言壓電地震檢波器是一種加速度檢波器,地震勘探中應(yīng)用