【摘 要】
：
为了提升高频超声换能器输出振幅与超声能量的传输效率,该文提出了一种新型柔性夹持高频超声换能器,并基于模块化设计思想,综合机电等效法、四端网络、有限元分析及柔度分析技术,系统建立了此类型高频超声换能器的设计方法,制作了换能器样机,搭建了换能器电学、动力学特性测试平台.激振实验表明,柔性夹持换能器输出端稳态振幅较传统夹持换能器提升了38.55％.换能器输出端动态振幅信号时域、频域分析结果表明,将柔性铰链机构和传统法兰夹持结构相结合,通过引入柔性转动副,柔性夹持换能器超声能量传递效率提高了5.16％.这表明柔性
【机 构】
：
天津工业大学 机械工程学院,天津 300387
论文部分内容阅读
为了提升高频超声换能器输出振幅与超声能量的传输效率,该文提出了一种新型柔性夹持高频超声换能器,并基于模块化设计思想,综合机电等效法、四端网络、有限元分析及柔度分析技术,系统建立了此类型高频超声换能器的设计方法,制作了换能器样机,搭建了换能器电学、动力学特性测试平台.激振实验表明,柔性夹持换能器输出端稳态振幅较传统夹持换能器提升了38.55％.换能器输出端动态振幅信号时域、频域分析结果表明,将柔性铰链机构和传统法兰夹持结构相结合,通过引入柔性转动副,柔性夹持换能器超声能量传递效率提高了5.16％.这表明柔性夹持法兰能够提升夹持结构的运动解耦能力,具有一定的应用前景.
其他文献
利用离子注入剥离法(CIS)制备的铌酸锂(LN)压电薄膜可用于制备体声波(BAW)器件,近年来备受关注.滤波器的指标与谐振器的性能密切相关,但基于LN单晶薄膜的BAW谐振器,对其结构的仿真优化还未有较深入的报道.该文以LN单晶薄膜为核心压电层材料,构建了固态反射型(SMR)单晶薄膜谐振器有限元仿真模型,对其压电层厚度和布喇格反射层厚度进行了设计,并重点针对谐振器上电极的台阶结构进行了二维模型仿真,为高频LN BAW滤波器的制备提供了理论依据.
针对压电陶瓷固有的迟滞非线性,设计了一种基于深度神经网络(DNN)的前馈补偿控制系统.该系统包含1个输入层、7个隐藏层和1个输出层.实验结果表明,开环情况下压电陶瓷的位移线性误差达8.91μm.施加神经网络前馈补偿后,压电陶瓷的最大位移误差降低到80 nm,稳态误差为±20 nm.进一步测试表明,在10～100 Hz输入频率下系统最大误差小于100 nm,均方根误差为0.01μm,验证了深度神经网络能够准确补偿压电陶瓷动态迟滞非线性,具有较好的频率泛化能力.
通过分析压电叠堆的工作特性,设计了一种以高压运放PA41为核心器件的电压控制型压电叠堆驱动电源.阐述了两种驱动电路方法并选择合适的方案,分析了驱动电路原理并完成电路元器件选型.最后搭建实验平台对驱动电源进行实验测试,分析其输出特性曲线及输出误差的原因.实验结果表明,此电源调节方便,响应迅速,能有效应用于压电叠堆的驱动控制.
以多方向压电振动能量收集器为对象,建立系统的简化机电耦合动力学模型.利用COMSOL软件构建能量收集装置的有限元模型,分析了系统的振动模态,讨论了系统不同结构参数对其电压频域响应及负载功率阻抗匹配的影响.引入非线性磁力,探究了不同磁间距对电学响应的作用.结果表明,能量收集器在y方向1g(g=9.8 m/s2)加速度载荷激励下,负载电压和负载功率峰值分别达到37 V、6.9 mW,减少压电陶瓷、弹簧基底厚度及增加附加质量块的质量有利于能量收集,并且能量收集装置在磁力作用下具有自主调谐功能,增强了环境适应性.
该文提出了一种适用于低频测试的弛豫铁电单晶三轴加速度传感器的结构形式,加速度传感器每个坐标轴由一个单晶弯曲梁敏感元件组成.通过有限元仿真分析了弯曲梁结构中的单晶层厚度、基梁金属层厚度及基梁材料等结构尺寸参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响,找到最优结构尺寸,研制了弛豫铁电单晶三轴加速度传感器样品并进行测试.测试结果表明,弛豫铁电单晶三轴加速度传感器各个方向的一致性良好,加速度灵敏度达86.1 mV/(m·s-2),可以工作在10～400 Hz的低频段.
焊接结构由于材料、工艺和环境等差异易出现各种类型缺陷,严重影响结构整体的安全性能.超声检测法是一种有效的缺陷无损检测方法,常规超声缺陷测量技术在处理复杂曲面时会出现模式转换及影响缺陷检测精度的问题,故该文提出了基于零群速兰姆波模态的不等厚对接焊缝缺陷检测仿真研究.首先,基于Bloch-Flo-quet边界和域约束的有限元特征频率法,研究变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,选取厚度变化敏感的零群速模态并对激励信号进行参数优化.然后,通过建立焊缝仿真模型验证变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,成功重构出焊缝薄
针对压电悬臂梁在低频区域内响应较差的问题,该文基于自调节随机共振提出了一种在旋转轮胎中优化悬臂梁末端磁铁离心距的方法.首先分析推导出了末端磁铁的动力学方程,然后以Kramers逃逸速率为基础,建立了自调节随机共振频率与旋转频率的优化函数,得到最优离心距匹配机理,最后运用最优离心距匹配机理得到最优离心距,并比较了不同离心距下压电悬臂梁的位移、速度和电压响应.结果表明,当离心距达到优化值时,在某一频率范围内,随机共振频率随着旋转频率可持续产生共振现象,其有效响应频带扩展至30～50 rad/s,拓宽频带比约4
销轴连接作为工程中一种常用的连接构件,实时监测其在荷载下的健康状态,对结构的整体稳定性至关重要.该文研究了一种基于压电理论的销轴连接受力状态的实时监测方法,并对其展开了理论和实验研究.同时基于小波包理论分析接收信号的能量,从而识别销轴连接的受力状态.研究结果表明,接收信号的能量与销轴连接的受力状态相关,随着接触面的法向压力增大,接收信号的能量增大,但当法向压力增大到一定值后,接收信号能量达到饱和.因此,该文提出的基于压电理论的销轴连接受力状态监测方法在一定的荷载范围内具有良好的可行性和应用意义.
该文提出在参数激励压电俘能器中增设弹性振幅放大器.利用扩展哈密顿原理,建立了系统的动力学方程,通过数值仿真,研究了弹性振幅放大器及其刚度系数对俘能器性能的影响.研究结果表明,当压电梁未发生屈曲,且压电梁的固有频率与弹性振幅放大器固有频率比满足1:2共振条件时,能够降低参数激励俘能器的激励阈值,并拓宽俘能器的频率带宽.此时的刚度系数称为共振刚度系数ksr.研究表明,当弹性振幅放大器的刚度系数小于ksr时,俘能器的平均输出功率、均方根电压峰值及频率带宽均随着刚度系数的增加而增加;当弹性振幅放大器的刚度系数大于
在对光纤位移传感器进行温度标定的过程中,随着工作环境的变化,位移传感器的测量值会产生误差,从而使位移传感器在使用时随着环境温度的变化发生精度下降的情况.为减少这种漂移偏差,该文使用径向基(RBF)神经网络对位移传感器进行温度补偿,并采用自适应的设计思想寻找RBF函数中心.将位移量和环境温度作为输入,其输出为传感器输出电压,使用自适应的设计思想来确定基函数的中心,建立一个基于RBF神经网络的模型.结果表明,该模型的训练结果可以使光纤位移传感器进行测量的相对误差降低9.23％,在测量精度上有很大的改进,证明了