基于分時驅(qū)動方法壓電堆響應(yīng)速度的研究.pdf

1、快速響應(yīng)是壓電驅(qū)動器最主要的優(yōu)點之一，目前關(guān)于壓電驅(qū)動器的研究都是基于同時驅(qū)動結(jié)構(gòu)即同時激勵壓電堆中所有的壓電層。這種驅(qū)動結(jié)構(gòu)是將壓電堆看作一個整體，忽略了在高頻驅(qū)動時壓電堆內(nèi)部應(yīng)力波傳播對壓電堆輸出的影響。針對這一問題，本文創(chuàng)新性的提出了一種分時驅(qū)動方法，它通過考慮壓電堆中應(yīng)力波傳播規(guī)律，分時依次地激勵壓電堆中各壓電層，使各層產(chǎn)生的應(yīng)力波同時傳播到壓電堆頂端實現(xiàn)線性疊加，從而大幅度提高壓電堆的響應(yīng)速度。
　　本文對壓電堆中應(yīng)力波

2、波動方程、傳播規(guī)律等進(jìn)行了理論推導(dǎo)和分析，并利用有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics構(gòu)造壓電堆模型、分時激勵脈沖序列，對分時驅(qū)動思想進(jìn)行驗證。首先分別仿真了將壓電堆底面直接剛性固定時，其在同時驅(qū)動和分時驅(qū)動方法下的動態(tài)響應(yīng)輸出，仿真結(jié)果顯示此時分時驅(qū)動下壓電堆的響應(yīng)速度并未得到很好的改善;通過對分時驅(qū)動下壓電堆的響應(yīng)曲線進(jìn)行分析得出:由于壓電堆產(chǎn)生的下行波未經(jīng)過線性疊加，它們經(jīng)過底面反射后會重新傳播到壓電堆頂端，從而影響

3、分時驅(qū)動的效果，延長壓電堆的響應(yīng)時間。為了驗證這一結(jié)論，我們在壓電堆底面增加一無限長的壓電桿基座，用它來吸收壓電堆的下行波，仿真結(jié)果證明此時分時驅(qū)動下壓電堆的響應(yīng)速度是同時驅(qū)動方法下的2.75倍，分時驅(qū)動思想得到了驗證。另外我們對基座也做了進(jìn)一步的選擇與優(yōu)化，設(shè)計了更符合要求的基座材料和尺寸。
　　為了通過實驗驗證分時驅(qū)動思想，本文利用壓電陶瓷圓環(huán)構(gòu)造了可以被分時驅(qū)動的壓電堆結(jié)構(gòu)，并利用低壓控制高壓的思想設(shè)計了能產(chǎn)生一系列相鄰脈沖

4、間具有可調(diào)延時的脈沖序列，它們都具有非常短暫的上升沿，然后利用PVDF壓電薄膜對壓電堆的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行測量。實驗結(jié)果證明，分時驅(qū)動方法下壓電堆的響應(yīng)速度是同時驅(qū)動下的2.67倍，且分時驅(qū)動方法實現(xiàn)了壓電堆中各壓電層產(chǎn)生應(yīng)力的線性疊加。因此，分時驅(qū)動方法下壓電堆的響應(yīng)速度不隨壓電堆中被激勵壓電層數(shù)量的變化而改變，也不受激勵電壓幅值的影響。
　　通過本文所提出的分時驅(qū)動方法，可以使壓電堆在輸出足夠大位移的同時還具有非?？斓捻憫?yīng)速度，對提