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基于多次壓電效應(yīng)的CAMOZZI執(zhí)行器研究
基于壓電效應(yīng)的傳感器與CAMOZZI執(zhí)行器以其*的性能在國民經(jīng)濟(jì)和國防工業(yè)中發(fā)揮著*作用，現(xiàn)代精密測試與驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展迫切需要深化與擴(kuò)展壓電理論，對多次壓電效應(yīng)的理論與應(yīng)用研究勢在必行。在國家自然科學(xué)基金（50675026）的資助下，運(yùn)用壓電學(xué)、晶體物理學(xué)、電介質(zhì)物理學(xué)、各向異性彈性力學(xué)等交叉學(xué)科的理論，對壓電晶體多次壓電效應(yīng)進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究，研制出基于多次壓電效應(yīng)的微CAMOZZI執(zhí)行器和自感知CAMOZZI執(zhí)行器。

基于多次壓電效應(yīng)的CAMOZZI執(zhí)行器研究
本文具體工作如下： 基于經(jīng)典壓電理論研究了壓電晶體的縱向三次耦合效應(yīng)，提出壓電晶體三次正、逆壓電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究方法。從四類壓電方程出發(fā)，推導(dǎo)出壓電體分別在外應(yīng)力和外電場作用下的多次壓電效應(yīng)的通用數(shù)學(xué)模型。通過與改變PZT-5疊堆邊界條件等效的實(shí)驗(yàn)方法得到了縱向三次耦合效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)表明三次正、逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果與壓電疊堆所施外場具有良好的線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅驗(yàn)證了多次壓電效應(yīng)理論的正確性，而且證明了所提出的實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性和可行性。同時，采用兩片由壓電系數(shù)d_（11）轉(zhuǎn)換的xy切型石英晶片制成壓電石英晶組，研究了工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用的壓電石英三次壓電效應(yīng)，通過與壓電石英晶組并聯(lián)遠(yuǎn)大于其等效電容量的電容，消除了壓電石英中的多次壓電效應(yīng)，從而量化壓電石英晶體的縱向三次壓電效應(yīng)，并得到了多次壓電效應(yīng)對石英傳感器靜態(tài)靈敏度的影響結(jié)果，實(shí)驗(yàn)表明壓電傳感器的靜態(tài)靈敏度提高了1.75%。分析了多次壓電效應(yīng)對壓電石英力傳感器剛度、固有頻率和機(jī)電耦合系數(shù)的影響。 研制開發(fā)出基于壓電陶瓷疊堆多次壓電效應(yīng)的微CAMOZZI執(zhí)行器。研究了基于多次壓電效應(yīng)微CAMOZZI執(zhí)行器的原理，并驗(yàn)證了其可行性。通過選擇微CAMOZZI執(zhí)行器的核心元件，確定其結(jié)構(gòu)形式和預(yù)緊方式，從而建立了微CAMOZZI執(zhí)行器的力學(xué)模型，設(shè)計了微CAMOZZI執(zhí)行器的執(zhí)行板和殼體，得到各部件的尺寸參數(shù)，并通過有限元分析進(jìn)一步驗(yàn)證了微CAMOZZI執(zhí)行器的各部件參數(shù)選擇的合理性，zui后研制出基于多次壓電效應(yīng)的微CAMOZZI執(zhí)行器。對微CAMOZZI執(zhí)行器進(jìn)行了性能檢定，靜態(tài)標(biāo)定結(jié)果表明微CAMOZZI執(zhí)行器的外載荷與其輸出電壓、彈性位移以及二次逆壓電位移均具有良好的線性關(guān)系。在動態(tài)標(biāo)定中得到微CAMOZZI執(zhí)行器的固有頻率為4.433KHz。該微CAMOZZI執(zhí)行器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)彈性位移和二次逆壓電位移的兩次定位，而且可通過微CAMOZZI執(zhí)行器的一次正壓電效應(yīng)進(jìn)行外載荷的校驗(yàn)。 基于多次壓電效應(yīng)理論進(jìn)行了壓電CAMOZZI執(zhí)行器位移自感知的研究，提出基于多次壓電效應(yīng)自感知CAMOZZI執(zhí)行器的解耦方法。

基于多次壓電效應(yīng)的CAMOZZI執(zhí)行器研究
通過引入?yún)⒖茧娙?，采取電流積分與差分比例運(yùn)算電路相結(jié)合的方式進(jìn)行PZT-5疊堆CAMOZZI執(zhí)行器的位移自感知實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明壓電CAMOZZI執(zhí)行器本身產(chǎn)生的多次正壓電效應(yīng)可以反映其輸出位移信息，同時證明了解耦方法的正確性，從而得到一種較傳統(tǒng)電橋電路解耦更易于在工程實(shí)際應(yīng)用的方法。以基于壓電陶瓷多次壓電效應(yīng)的微CAMOZZI執(zhí)行器為對象，進(jìn)行了其位移自感知的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明基于多次壓電效應(yīng)的自感知方法能夠很好地獲取出該微CAMOZZI執(zhí)行器的位移輸出信號。