针对各类毫瓦级超声功率计的量值溯源问题，选用压电陶瓷材料，根据其压电效应原理，设计为厚度伸缩振动模式，采用能陷技术及真空镀膜等技术工艺，制作了一系列1MHz、3MHz、5MHz的园片形单元超声换能器，并研制与之配套的阻抗匹配器，与功率信号源等，组成一套毫瓦级超声功率传递标准。该套标准经济实用、性能可靠稳定，重复性好，有效地解决了毫瓦级超声功率计的量值溯源问题。

应用傅立叶级数理论解释了加在压电陶瓷超声换能器上的方波会发生畸变的现象，并采用数值模拟的方法重现了实验现象。对压电陶瓷超声换能器的工作原理也作了介绍。

介绍了压电陶瓷和音圈电机在精密光路偏转和焦距调整机构的原理和发展状况；分析了偏转与调焦机构的主要结构形式、驱动特点及其在精密偏转与调焦机构中的应用前景；指出了需要进一步开展研究的关键技术。

针对目前我国超声导波检测设备的落后现状，根据超声导波检测的机理，采用新型高速单片机、模数转换芯片、高频线性功率放大电路、环状阵列压电陶瓷传感器和基于LabVIEW的数据采集软件，开发了一种集成化的小型超声导波检测系统。该系统能够在管道中激励和接收超声导波，通过对激励波及反射回波的时空位置分析，判断出管道长度及存在的缺陷。

研究、设计了一种以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器的微定位机构,给出了机构的动力学模型.结合检测装置和微机控制系统,设计并研制了基于前馈控制同数字PID反馈控制相结合的复合控制的微定位系统.实验表明,微定位系统定位行程可达100μm,定位分辨力0.01μm.

研究了压电陶瓷驱动器特有的迟滞和儒变特性,针对它的这些非线性特点,给出了一种有效消除这些非线性误差的闭环控制方案.采用高精度A/D和D/A转换芯片,设计了基于PC机并行增强口EPP协议的控制板.在自行设计高压驱动电路的基础上,研制出了用于纳米级定位的数字闭环控制器.测试结果表明,此控制器很好地克服压电陶瓷驱动器的非线性特性,系统定位精度优于10 nm.

为了提高扫描隧道显微镜微位移工作台的定位精度,提出了一种基于遗传算法的神经网络PID控制方案.微位移工作台以压电陶瓷为驱动器、柔性铰链为导向机构,在分析工作原理的基础上,建立了工作台的数学模型.神经网络PID控制器对工作台进行闭环控制,能够在线调整网络加权值,实时改变PID控制器的系数,减小工作台的位移误差.利用遗传算法的全局搜索能力对BP网络的初始权值进行学习优化,有效消除了神经网络对初始权值敏感和容易局部收敛的缺陷,改善了控制器的控制效果.性能测试表明,12μm阶跃参考输入下的稳态误差从3.24%减小到2.55%,稳态时间从1.7 s缩短到1.1 s.

首先介绍了杆式多自由度超声电机及其工作原理,在此基础上,为提高该种电机其整机动力学输出性能,根据电机振子设计要求,用有限元方法建立了其结构动力学模型并确定了振子结构形式以及压电陶瓷片在杆式超声电机振子中的最佳安放位置;其次基于螺栓联接非线性系统,考虑摩擦、接触等非线性因素对杆式超声电机精确有限元建模。据此设计、制造了杆式超声电机原理样机,实验验证表明很好地满足了电机频率一致性设计。

为了满足空间载荷在发射阶段恶劣的动力学特性要求,同时具有良好的低冲击响应特性,设计了一种压电陶瓷驱动的解锁分离机构,以压电陶瓷在高频电流下输出的交变载荷作为驱动力,利用预应力螺栓在交变载荷下的加速疲劳断裂为原理,从而实现该解锁分离机构的可靠解锁分离;然后建立该解锁分离机构的接触有限元模型,静力学分析表明,结构的刚度好,三个方向的一阶模态都大于100Hz,轴向拉伸载荷分析表明,结构的最大应力远小于材料的屈服强度极限,其安全裕度较高;最后完成了结构的力学试验验证,试验表明,该解锁分离机构的的一阶模态与分析结果吻合性好,振动前后的一阶模态的漂移小于3%,能够满足发射段的力学特性要求;压电陶瓷和火工品两种工况下的分离冲击特性表明,基于压电陶瓷驱动的解锁分离机构在分离过程中的冲击响应（338g）相对于火工品...

为实现对流量的精密控制利用压电陶瓷的逆压电效应来驱动阀芯运动建立压电陶瓷驱动精密流量阀和内部流场三维模型利用Fluent软件分析了阀内部的流场特性取得了阀稳态时的内部压力场、速度场的分布规律和内部流体的迹线规律。分析结果表明：阀芯节流口处压力损失较大并形成局部负压流体在此处速度达到最大且以喷射流形式流入低压腔阀芯与阀体接触处应采用抗冲刷及高强度材料;阀出口处进行倒圆角处理可有效消除负压并使流体迹线稳定。