基于結(jié)構(gòu)集成的疊堆式壓電傳感執(zhí)行器的研究.pdf

1、機(jī)電系統(tǒng)的測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域同時(shí)需要執(zhí)行器和傳感器，集成有壓電傳感器和執(zhí)行器的裝置稱為壓電傳感執(zhí)行器，而壓電傳感執(zhí)行器工作時(shí)，其執(zhí)行器部分會(huì)對(duì)傳感器部分產(chǎn)生電場(chǎng)干擾，影響傳感信號(hào)的精度，限制了壓電傳感執(zhí)行器的研究與應(yīng)用。為此本文從理論研究、仿真分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)角度出發(fā)，研制了兩種基于結(jié)構(gòu)集成的壓電傳感執(zhí)行器，提出了兩種濾波方案來減小電場(chǎng)干擾的影響，提高了傳感信號(hào)精度。
　　本文以壓電陶瓷為材料進(jìn)行研究，完成了兩種結(jié)構(gòu)集成型傳感執(zhí)行器的

2、結(jié)構(gòu)建模，并設(shè)計(jì)了封裝方案。從壓電材料的基本理論出發(fā)分析了壓電疊堆的基本特性，對(duì)本文所提出的兩種壓電傳感執(zhí)行器建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并在數(shù)學(xué)模型中考慮了電場(chǎng)干擾的影響。
　　本文提出了兩種方案來消除電場(chǎng)干擾帶來的誤差，一種方案通過理論研究分析電場(chǎng)干擾的來源，確定電場(chǎng)干擾與驅(qū)動(dòng)電壓幅值和頻率的關(guān)系，進(jìn)而提出了基于傅里葉變換的濾波方案，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓的傅里葉展開式，理論推得電場(chǎng)干擾產(chǎn)生的誤差，并在電路中消除此誤差的影響。另一種方案從結(jié)構(gòu)

3、優(yōu)化角度出發(fā)，使模型執(zhí)行器部分相對(duì)于傳感器部分完全對(duì)稱，進(jìn)而抵消電場(chǎng)干擾對(duì)傳感部分的影響，同時(shí)利用金屬型腔和導(dǎo)電薄膜將傳感器部分包裹起來，使電場(chǎng)干擾的影響由于封閉金屬空間產(chǎn)生的靜電屏蔽作用而進(jìn)一步減小。
　　建立有限元分析模型，對(duì)本文所研制的兩種壓電傳感執(zhí)行器進(jìn)行仿真分析，得到了模型的動(dòng)力學(xué)特性，進(jìn)而得知模型輸出位移精度與驅(qū)動(dòng)電壓頻率、壓電陶瓷形狀尺寸的關(guān)系。分析了電場(chǎng)干擾對(duì)壓電傳感執(zhí)行器的影響，得到了干擾電荷與壓電陶瓷尺寸的關(guān)系

4、，驗(yàn)證了理論分析的正確性及濾波方案的有效性，同時(shí)為模型的優(yōu)化提供參考。
　　建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用LabVIEW軟件進(jìn)行系統(tǒng)中信號(hào)的分析和處理，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電場(chǎng)干擾與驅(qū)動(dòng)電壓幅值和頻率的關(guān)系，分析了兩種濾波方案消除電場(chǎng)干擾的效果，并得出了本文所研制的兩種壓電傳感執(zhí)行器的力和位移傳感特性。設(shè)計(jì)了硬件電路來實(shí)現(xiàn)濾波方案，使本文研制的壓電傳感執(zhí)行器更容易產(chǎn)品化、市場(chǎng)化。
　　本文所研制的兩種結(jié)構(gòu)集成型壓電傳感執(zhí)行器，從根本上避免了傳