以压电执行器为核心的高速开关阀及伺服阀等压电式液压阀具有频响高,微动性能好,结构紧凑等优点,是新型阀控类型之一,受到国内外研究者的持续关注。首先,该文介绍了阀用压电执行器的分类和特点,根据工作原理分为直推式和步进式2类4种形式;其次,对先导型、直动型、喷嘴挡板型和开关型4种典型压电阀的研究进展进行了梳理,分析了各自的代表性结构、性能特点。结果表明,随着未来对液压阀精密化、智能化需求的提升,压电液压阀的应用前景更广。因此,除高性能介电材料开发外,如微位移放大、迟滞补偿控制等关键压电驱动与控制技术仍有待深入研究。

用PZT换能器驱动热声制冷这一微型制冷方式除具有无运动部件、运行稳定和可实现无级调节等优点外,还具有压电换能器的诸如防潮性能好、不受磁场影响和热稳定性好等优点.该文在简要介绍热声制冷原理和PZT驱动热声制冷系统之后,对PZT驱动的热声制冷机性能进行模拟分析,考察了一些主要的结构参数和运行工况(包括平均压力、压比和工质等)对系统性能的影响情况.最后,还基于计算结果提出一实验系统的设计方案.

不同压电换能器的动态电阻、电容、电感和静态电阻、电容的值不同,这些参数均可从其对应的导纳圆中得到。分析了导纳圆测量中的两个重要影响因素：A/D转换器的量化误差、测量电阻。为提高导纳圆的测量精度,量化误差不变时不同的压电换能器需选择不同的测量电阻以保证所测量的两路正弦信号有适当的幅值比和相位差。测量电阻的值为压电换能器动态电阻值的0.15～3.5倍时,导纳圆半径的相对误差小于0.5%,测量电阻为动态电阻的0.7倍时导纳圆的相对误差最小。

超声换能器的组织负载特性研究对提高其性能和安全性有重要的意义。选择新鲜的猪离体组织,利用动态信号分析仪的小信号及在线导纳测量系统的大信号对超声换能器的负载特性进行了研究。结果表明,当负载为松质骨、密质骨时,换能器谐振频率大于空载时的谐振频率,而负载为软组织（如肌肉、脂肪、皮等）时,换能器的谐振频率小于空载的谐振频率。换能器在小信号和大信号下的负载特性趋势基本相同。

低频换能器的宽带发射是现代水声发展的方向,也是水声技术的一个难点.为了实现低频换能器高保真的发射宽带信号,该文讨论了使用退火算法设计换能器与功放之间的均衡电路,并将其付诸于实验.实验结果表明,我们的方法将声发射的带宽拓展将近3倍,在实际工作中是可行的.

双压电膜是由压电材料层、环氧树脂层、金属层组成的复合板.将双压电膜组合在一起构成管内移动微小机器人的驱动器.该文以压电本构方程为基础,建立双压电膜驱动器的机电耦合的有限元模型,采用有限元分析软件对双压电膜驱动器进行静态和模态分析,同时对驱动器静态位移与固有频率进行测试.将有限元分析与实验测试结果进行对比分析,两者的结果一致.

压电石英声表面波(PSAW)装置结构的实际扰动压电声表面波(DPSAW)特性受电极几何材料参数的扰动影响,而温度又将进一步影响DPSAW基频和波速.除了电极影响外,该文还考虑高阶温度系数的影响.由于对带热带电极各向异性分层压电材料结构,还没有或很难获得理论解,该文首次利用高效高精度三参量摄动热-机-电有限单元方法,即声元和应力元法,力图为计算热压电/力学奠定理论基础,优化电极厚度.精确计算了在一定温度下各阶温度系数对SAW谐振器波速波频的影响,以利于温度/电极耦合补偿设计.简单模拟计算热表面贴片封装应力(SMS)变形,得到了一系列不同温度下有用的计算值.自由表面SAW理论解和室温试验数据与数值计算结果一致,验证了该热压电有限元理论的可靠性.

气动系统已广泛应用于工业生产中,其工作时排出的气体直接进入大气,因而浪费了大量的能量。该文以聚偏二氟乙烯(PVDF)压电片作为能量收集器核心部件,对排出的压缩气体进行了能量收集。设计了多悬臂梁振动能量收集器,利用ANSYS有限元仿真软件分析了压缩气体进入能量收集器后的流场,通过试验测试了压电片发电效果。结果表明,入射口直径、扰流柱直径、入射口压力和入射口距扰流柱距离都会影响压电片发电效果。当入射口压力为80 kPa,负载电阻为900 kΩ时,能量收集器总功率约为120.64μW,与其他收集器相比提高了28.8%。

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。

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性,将其作为智能执行器应用于液压阀中,是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级,难以直接满足液压阀的使用要求,因此需要设计相应的微位移放大机构。首先,重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用,根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式;其次,归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点;最后,分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明,铰链放大结构简单,再现性好;液压放大占用空间小,频带宽,倍数高;晶片放大频响高,只适用于伺服和先导控制。