導(dǎo)語：如何才能寫好一篇壓電陶瓷，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 壓電復(fù)合材料，鐵電性能，介電性能，壓電性能

1 前 言

聚合物基壓電復(fù)合材料是由壓電陶瓷和聚合物復(fù)合而成的一種新型功能材料[1～4]，具有較強(qiáng)的壓電性和良好的韌性，由此引起了人們的極大興趣[5]。通常兩相復(fù)合的壓電復(fù)合材料有10種連通方式，其中0-3型是最為常用的方式[6～9]。0-3 連通型壓電復(fù)合材料是在三維自身聯(lián)結(jié)的聚合物基體中填充壓電陶瓷粉體而制成的壓電復(fù)合材料。由于其聲阻抗與水和人體組織非常接近，所以常用于水聲探測和醫(yī)療行業(yè)，同時它也是智能機(jī)器人中傳感器的理想材料，而且這種壓電復(fù)合材料的制備尺寸不受陶瓷的制約[10]。由于0-3型壓電復(fù)合材料兼具多種優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的關(guān)注和研究[11]。本文采用固相燒結(jié)法合成了PZN-PZT壓電陶瓷，并與PVDF混合，制備出陶瓷含量分別為60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%的壓電復(fù)合材料，研究了陶瓷含量對復(fù)合材料鐵電性、介電性和壓電性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 陶瓷粉體的制備

按照配方Pb(Zn1/3Nb2/3)0.3(Zr0.52Ti0.48)0.7O3精確稱取Pb3O4、ZnO、ZrO2、Nb2O5、TiO2，在ND6-2L球磨機(jī)中以水為溶劑，濕法球磨8h。將球磨好的料漿干燥后放入馬弗爐中，在850℃下預(yù)燒2h。然后把預(yù)燒好的粉料在壓片機(jī)上壓制成?準(zhǔn)20×（1～2mm）的薄片，將其放入高溫爐中在1250℃下燒結(jié)，保溫4h，最后將燒結(jié)好的陶瓷片粉碎，過200目篩后得到壓電陶瓷粉體。

2.2 壓電復(fù)合材料的制備

配制陶瓷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%的七組粉料，混合均勻后，壓制成?準(zhǔn)20×（1～2mm）的薄片，在平板硫化機(jī)上于180℃溫度下熱處理10min，拋光后得到PZN-PZT/PVDF復(fù)合材料。將樣品進(jìn)行鍍電極處理，干燥后放入已加熱的硅油中進(jìn)行極化。在極化電壓為50kV?cm-1、溫度為110℃下極化20min，取出樣品，靜置一天后進(jìn)行性能測試。

2.3 性能測試

用D/Max-3B粉晶衍射儀分析PZN-PZT陶瓷粉體的晶相，用掃描電子顯微鏡觀察PZN-PZT/PVDF壓電復(fù)合材料的微觀形貌，用ZT-I鐵電材料參數(shù)測試儀測量復(fù)合材料的電滯回線，利用TH2819精密LCR數(shù)字電橋測量復(fù)合材料的介電常數(shù)ε和介電損耗tanδ，采用ZJ-3A 型準(zhǔn)靜態(tài)d33測量儀測量復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 壓電陶瓷粉體的XRD分析

圖1為陶瓷粉體的XRD圖譜。從圖中可以看出，PZN-PZT燒結(jié)粉體已形成鈣鈦礦主晶相,衍射峰強(qiáng)度大且尖銳,僅在2θ為36.8°附近存在一個很弱的異相[12],表明經(jīng)過1250℃高溫?zé)Y(jié)4h后得到了以四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)為主晶相的純度較高的PZN-PZT陶瓷粉體。少量異相的出現(xiàn)主要是由于各種氧化物原材料的化學(xué)活性不同，對它們進(jìn)行直接混合，一次合成極易引起異相的生成[13]。由此可見，其合成工藝有待進(jìn)一步改進(jìn)，盡量消除異相，提高陶瓷鈣鈦礦主晶相結(jié)構(gòu)的純度。

3.2 復(fù)合材料SEM分析

圖2為陶瓷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%和90%的復(fù)合材料掃描電鏡照片。比較圖2(a)和圖2(b)可以看出，圖2(b)中的陶瓷含量明顯多于圖2(a)，且圖2(b)中部分陶瓷顆粒已經(jīng)連成一片，而圖2(a)中陶瓷顆粒仍然零零散散地分布在有機(jī)基體PVDF中。這就使得陶瓷含量為90%的復(fù)合材料的極化性能要比含量為60%的復(fù)合材料好[14]。

3.3 鐵電性能分析

圖3為PZN-PZT/PVDF壓電復(fù)合材料的電滯回線。從圖中我們可以看出，陶瓷含量對復(fù)合材料的剩余極化強(qiáng)度Pr和矯頑場Ec的影響都較大。隨著陶瓷含量的增加，復(fù)合材料的剩余極化強(qiáng)度明顯增加，當(dāng)陶瓷含量為90%時其剩余極化強(qiáng)度可達(dá)5.27μC?cm-2。這是因?yàn)殡S著陶瓷含量的增加，復(fù)合材料的電阻隨之減小，加載在陶瓷上的電壓增大的緣故。由于鐵電陶瓷的鐵電性遠(yuǎn)高于壓電聚合物的鐵電性[15]，所以PZN-PZT/PVDF壓電復(fù)合材料的矯頑場隨著陶瓷含量的增加呈下降趨勢，其鐵電性越好，樣品越容易極化。當(dāng)陶瓷含量為90%時，壓電復(fù)合材料的矯頑場Ec減小到76kV?cm-1。

3.4 介電性能分析

圖4、圖5為室溫、1kHz條件下復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗與陶瓷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖。從圖中可以看出，隨著陶瓷含量的增加，復(fù)合材料的介電常數(shù)與介電損耗均呈非線性增加趨勢。當(dāng)陶瓷含量為90%時，其介電常數(shù)εr為188，介電損耗 tanδ為0.065。依據(jù)Maxwell-Garnett方程[7]可知，介電常數(shù)的變化主要是因?yàn)閴弘娞沾蒔ZN-PZT的介電常數(shù)遠(yuǎn)高于聚合物PVDF的介電常數(shù)，故復(fù)合材料的介電常數(shù)主要取決于壓電陶瓷的含量。所以，隨著壓電陶瓷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的介電常數(shù)呈增大趨勢。復(fù)合材料的介電損耗隨著陶瓷含量的增加也呈增大趨勢，但它的變化幅度小于介電常數(shù)的變化幅度。

3.5 壓電性能分析

圖6為PZN-PZT復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33與陶瓷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，隨著陶瓷含量的增加，PZN-PZT/PVDF復(fù)合材料的dd33呈增大趨勢。當(dāng)陶瓷含量由75%增加到85%時，復(fù)合材料的壓電常數(shù)增加較快。當(dāng)陶瓷含量為90%時，其壓電常數(shù)dd33可以達(dá)到33.4pC/N。這是因?yàn)閴弘姀?fù)合材料的壓電性能主要取決于壓電陶瓷的含量和性能，所以隨著陶瓷含量的增加，復(fù)合材料的壓電性能也隨之提高。從掃描電鏡照片也可以看出，隨著陶瓷含量的增加，復(fù)合材料中部分陶瓷顆粒連成一體，從而進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的壓電性；同時，由復(fù)合材料的電滯回線可看出，隨著陶瓷含量的增加，復(fù)合材料的極化性能明顯提高，這就使得陶瓷含量較高的復(fù)合材料在相同的極化條件下極化得更充分，壓電性更好[16]。

4 結(jié) 論

（1） 用固相燒結(jié)法合成了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)為主晶相的純度較高的PZN-PZT陶瓷粉體；

（2） 隨著陶瓷含量的增加，剩余極化強(qiáng)度Pr增加，矯頑場Ec下降，當(dāng)陶瓷含量為90%時，其剩余極化強(qiáng)度Pr增加到5.27μC?cm-2，矯頑場Ec則下降到76kV?cm-1；

（3） 隨著陶瓷含量的增加，復(fù)合材料的介電常數(shù)、介電損耗、壓電常數(shù)增加。當(dāng)陶瓷含量為90%時其介電常數(shù)εr為188，介電損耗tanδ為0.065，壓電常數(shù)d33為33.4pC/N。

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Effects of PZN-PZT Piezoelectric Ceramics on

Properties of Piezoelectric Composites

Dai Lei Hu Shan Zhou Li Yan Haixia

(Materials Science and Chemical EngineeringChina University of GeosciencesWuhanHuBei430074)

篇2

關(guān)鍵詞： 壓電陶瓷； 電容傳感器； 擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）； 容錯控制

中圖分類號： TN820.3?34 ；TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）21?0152?04

Fault tolerance control of capacitance transducer in

piezoelectric ceramic positioning system

GUO Jia?liang， LI Peng?zhi， LI Pei?yue

（State Key Laboratory of Applied Optics， Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， CAS， Changchun 130033， China）

Abstract： As the failure of capacitance transducer has a big impact on tracking accuracy of the piezoelectric ceramic positioning system， the methodology of using extended Kalman filter （EKF） to implement the fault tolerance control is investigated in this paper. Aiming at the sampling circuit failure and the power failure of the transducer， an EKF filtering formula of capacitance transducer under three?order trajectory planning algorithm is analysed. The method that the discrete iterative EKF algorithm is taken to replace the traditional method is introduced. Positioning control experiment is performed with the benchmark of the laser interferometer. The results indicate that the proposed method can achieve 0.7% maximum tracking errors， with the deviation of ±3.5 μm， in a stroke of 500 μm. The experimental results indicate that the fault tolerance control method based on EKF can the control error caused by transducer fault and increase the robustness of the piezoelectric ceramic positioning system.

Keywords： piezoelectric ceramic； capacitance transducer； extended Kalman filter； fault tolerance control

0 引 言

壓電陶瓷定位系統(tǒng)通常是由壓電陶瓷執(zhí)行器作為驅(qū)動器及電容傳感器作為位移傳感器而構(gòu)成的閉環(huán)定位系統(tǒng)[1]。由于壓電陶瓷定位系統(tǒng)具有高精度和高速度的特性，被廣泛地應(yīng)用于光刻物鏡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和干涉儀移相器等領(lǐng)域[2?3]。當(dāng)這種閉環(huán)控制的反饋信號惟一依賴于電容傳感器測量值時，如果電容傳感器產(chǎn)生在線故障，未經(jīng)過處理的故障信號會增大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定[4?5]。

卡爾曼濾波是一種使用遞歸方法解決線性濾波問題的最優(yōu)估計(jì)算法，可有效過濾掉隨機(jī)干擾，準(zhǔn)確地恢復(fù)出原始信號[6]，在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，基于自適應(yīng)卡爾曼濾波器的信息融合方法，可以有效增加系統(tǒng)的定位精度及魯棒性[7]；在多機(jī)器人協(xié)同控制中，擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）可以有效解決定位控制中非線性模型的預(yù)測問題[8]；由于不需要對非線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測方程進(jìn)行線性化，并且不需要計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的雅可比矩陣，無跡卡爾曼濾波（UKF）在飛行器軌跡跟蹤領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用[9]；近年來，EKF在控制系統(tǒng)傳感器故障容錯控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，EKF是針對經(jīng)典卡爾曼濾波方法的非線性化推廣，在永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中，EKF可以根據(jù)電機(jī)的先驗(yàn)狀態(tài)參數(shù)準(zhǔn)確估計(jì)當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)無傳感器電機(jī)控制[10]或者故障診斷[5]；在發(fā)動機(jī)故障診斷和容錯控制中EKF的應(yīng)用也取得了一定的進(jìn)展[11]。

本文首先對壓電陶瓷定位系統(tǒng)電容傳感器典型故障進(jìn)行分析；其次，針對三階軌跡規(guī)劃算法，將位移軌跡作為被估計(jì)的過程，通過對被估計(jì)過程EKF濾波公式的分析，提出一種基于離散迭代的EKF算法以替代傳統(tǒng)非線性系統(tǒng)近似線性化的方法；最后，通過實(shí)驗(yàn)對基于EKF的容錯控制方法的效果進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法行之有效。

1 問題描述

光刻物鏡可調(diào)機(jī)構(gòu)的壓電陶瓷定位系統(tǒng)如圖1所示，控制算法通過PC機(jī)端的Matlab/Simulink設(shè)計(jì)完成之后，通過RTW下載至目標(biāo)機(jī)的xPC Target實(shí)時內(nèi)核，目標(biāo)機(jī)內(nèi)置有NI公司的PCI?6229數(shù)據(jù)采集卡，xPC Target通過PCI?6229的D/A通道向驅(qū)動控制箱發(fā)送控制指令，驅(qū)動控制箱根據(jù)指令驅(qū)動壓電陶瓷執(zhí)行器，并將讀回的電容傳感器測量數(shù)值傳送至PCI?6229的A/D通道，反饋給xPC Target。

如圖1所示，xPC Target目標(biāo)機(jī)與驅(qū)動控制箱之間采用模擬信號連接，電容傳感器與驅(qū)動控制箱之間也采用模擬信號連接，相比于其他鏈路，這些模擬通道出現(xiàn)故障的概率更大。圖2是模擬通道典型故障的反饋值，在0.6～0.8 s之間電容傳感器第8個數(shù)據(jù)位出現(xiàn)故障、在1 s之后電容傳感器出現(xiàn)掉電故障。可見，故障時位移測量值與實(shí)際值出現(xiàn)較大偏差。因此，在將這些包括不準(zhǔn)確值的測量值反饋至控制器之前，對其進(jìn)行必要的容錯處理顯得尤為重要。

圖1 壓電陶瓷定位系統(tǒng)

2 擴(kuò)展卡爾曼濾波

將壓電陶瓷定位系統(tǒng)的位移軌跡作為被估計(jì)的過程[X]，那么這個過程的狀態(tài)變量[xk]即表示[k]時刻的位移值，對于文獻(xiàn)[1]中應(yīng)用于壓電陶瓷定位系統(tǒng)的三階軌跡規(guī)劃算法，這個過程[X]的狀態(tài)變量[xk]可以由以下離散差分方程描述：

[xk=xk-1+vk-1ts+ak-1t2s2+Jmt3s6] （1）

式中：[ts]為采樣周期；[Jm]為最大沖擊值常量；[ak-1，][vk-1，][xk-1]分別為[k-1]時刻加速度值、速度值、位移值。顯然[ak，][vk，][xk]均為時變參數(shù)，可見被估計(jì)過程的[X]是一個離散的非線性過程。

圖2 電容傳感器故障時位移測量值

針對離散非線性過程，卡爾曼濾波變形為如下離散的擴(kuò)展卡爾曼濾波公式[6]：

[xk/k-1=xk-1+f（xk-1）?Ts] （2）

[Pkk-1=Φkk-1Pk-1Φkk-1T+Qk-1] （3）

[xk=xkk-1+Kk（yk-Hkxkk-1）] （4）

[Pk=Pkk-1-KkHkPkk-1] （5）

[Kk=Pkk-1HkT（HkPkk-1HkT+R）-1] （6）

在傳統(tǒng)的擴(kuò)展卡爾曼濾波中，公式（2）中的[f（?）]是由非線性函數(shù)經(jīng)過泰勒級數(shù)展開，截去高階項(xiàng)后得到的近似線性化函數(shù)。這種線性化的近似計(jì)算存在兩個方面的缺陷：一方面，需要通過大量的在線仿真或?qū)嶒?yàn)才能獲得精度和速度相對較好的濾波系數(shù)[5]；另一方面，隨著遞歸算法的向前推移，泰勒級數(shù)高階項(xiàng)權(quán)重可能不斷增加，導(dǎo)致最終估計(jì)量誤差較大[6]。

為解決以上問題，將公式（1）改寫為公式（7）的形式：

[xk=xk-1+f（xk-1）ts] （7）

而公式（7）中的[f（?）]可以由公式（8）遞推求得[1]，公式（8）中各參數(shù)意義與公式（1）相同：

[f（xk）=vk+akts2+Jmt2s6vk=vk-1+ak-1ts+Jmt2s2ak=ak-1+Jmts] （8）

由公式（7）和公式（8）可見，在將壓電陶瓷定位系統(tǒng)的位移軌跡視作被估計(jì)過程[X]時，其擴(kuò)展卡爾曼濾波公式（2）中的線性化函數(shù)[f（?）]同樣可以由三階軌跡規(guī)劃的遞推過程求得，避免了傳統(tǒng)的將非線性系統(tǒng)線性化的復(fù)雜計(jì)算過程。

離散擴(kuò)展卡爾曼濾波式（2）～式（6）中其余參數(shù)的含義說明如表1所示。

至此，在三階軌跡規(guī)劃算法下，壓電陶瓷定位系統(tǒng)位移量的擴(kuò)展卡爾曼濾波器可由圖3表示，其中，狀態(tài)預(yù)測對應(yīng)公式（2），協(xié)方差預(yù)測對應(yīng)公式（3），狀態(tài)校正對應(yīng)公式（4），協(xié)方差校正對應(yīng)公式（5），增益更新對應(yīng)公式（6）。

表1 離散擴(kuò)展卡爾曼濾波器參數(shù)表

[參數(shù)＼&參數(shù)含義＼&[xk/k-1]＼&[k]時刻基于[k-1]時刻的預(yù)測估計(jì)＼&[xk-1]＼&[k-1]時刻的最優(yōu)估計(jì)＼&[Ts]＼&采樣周期＼&[Pkk-1]＼&[xk/k-1]的協(xié)方差＼&[Φkk-1]＼&轉(zhuǎn)移矩陣＼&[Pk-1]＼&[xk-1]的協(xié)方差＼&[Qk-1]＼&過程噪聲的協(xié)方差＼&[xk]＼&[k]時刻的最優(yōu)估計(jì)＼&[Kk]＼&卡爾曼濾波增益＼&[yk]＼&觀測變量＼&[Hk]＼&為觀測增益＼&[Pk]＼&[xk]的協(xié)方差＼&[R]＼&觀測噪聲的協(xié)方差＼&]

圖3 擴(kuò)展卡爾曼濾波器

3 實(shí)驗(yàn)與分析

為了對如圖1所示的壓電陶瓷定位系統(tǒng)中位移的測量值和EKF估計(jì)值做出準(zhǔn)確評價，實(shí)驗(yàn)過程中使用Renishaw公司的XL?80型激光測長干涉儀作為測量基準(zhǔn)，搭建了如圖4所示的實(shí)驗(yàn)平臺。其中，執(zhí)行器為Physik Instrumente公司的N?111型壓電陶瓷驅(qū)動器，傳感器為D?E30型電容傳感器。

實(shí)驗(yàn)采用的控制方案如圖5所示，其中，擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電容傳感器信號濾波之后反饋至PID控制器，PID控制器根據(jù)此反饋信號和三階軌跡規(guī)劃的輸出信號，對壓電陶瓷執(zhí)行器的控制量做出計(jì)算。

實(shí)驗(yàn)中EKF濾波公式各參數(shù)賦值如下：采樣周期[Ts]與系統(tǒng)相同，為0.001 s；過程噪聲與N?111型壓電陶瓷執(zhí)行器的定位精度相關(guān)，根據(jù)對N?111大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，過程噪聲方差[Qk-1]取值[5×10-4]；觀測變量[yk]為電容傳感器在線測量值，觀測噪聲與電容傳感器精度相關(guān)，經(jīng)過對D?E30型電容傳感器大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，觀測噪聲方差[R]取值為[2.5×10-4]；觀測增益[Hk]取值為1，轉(zhuǎn)移矩陣[Φkk-1]由算式[Φkk-1=I+f（tk-1）Ts]在線求得；EKF的初始條件為[x0=0，][P0=1]。

圖4 壓電陶瓷定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺

圖5 電容傳感器容錯控制方案

實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)電容傳感器在0.6～0.8 s之間第8個數(shù)據(jù)位出現(xiàn)故障、在1 s之后出現(xiàn)掉電故障，干涉儀測量值與EKF的估計(jì)值結(jié)果如圖6所示，EKF估計(jì)值誤差的絕對值如圖7所示。

圖6 干涉儀測量值與EKF估計(jì)值

圖7 EKF估計(jì)值誤差絕對值

由圖6和圖7的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)電容傳感器出現(xiàn)故障時，雖然EKF估計(jì)值的絕對誤差和方差均有所增加，但絕對誤差仍被控制在3.5 μm之內(nèi)，相比于圖2中未加EKF時的結(jié)果，濾波效果顯著。對于壓電陶瓷定位系統(tǒng)而言，EKF可以有效實(shí)現(xiàn)對電容傳感器的容錯控制。

4 結(jié) 語

本文將壓電陶瓷定位系統(tǒng)位移軌跡作為被估計(jì)的過程，對其擴(kuò)展卡爾曼濾波分析后，提出基于三階軌跡規(guī)劃離散迭代算法的擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，這種方法可以有效避免非線性系統(tǒng)近似線性化的截?cái)嗾`差，避免大量的尋優(yōu)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的EKF算法能夠準(zhǔn)確地估計(jì)出壓電陶瓷定位系統(tǒng)的位移軌跡，實(shí)現(xiàn)了電容傳感器容錯控制，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。

參考文獻(xiàn)

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篇3

關(guān)鍵詞：壓電陶瓷；壓電聚合物；介電性能；壓電性能

1 引言

壓電效應(yīng)的機(jī)理為具有壓電性的晶體對稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時，晶胞中正負(fù)離子的相對位移使正負(fù)電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化。而晶體表面電荷面密度等于極化強(qiáng)度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現(xiàn)異號電荷。反之，壓電材料在電場中發(fā)生極化時，會因電荷中心的位移導(dǎo)致材料變形。壓電材料的這些特性能夠適應(yīng)于環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化。壓電陶瓷材料（如：BaTiO3、PZT和PbTiO3等）具有很高介電性、較強(qiáng)的壓電性和大的機(jī)電耦合系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，但其成形溫度較高、制備工藝較復(fù)雜、不易制得很薄的薄膜材料，并且由于它固有的脆性，使壓電陶瓷材料的應(yīng)用受到很大的限制。壓電聚合物材料（如：PVDF等）具有較高的介電性、較強(qiáng)的壓電性，并具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和很好的柔韌性等優(yōu)點(diǎn)，但其使用溫度較低，使其在應(yīng)用上同樣受到很大限制。將壓電陶瓷與壓電聚合物復(fù)合成壓電復(fù)合材料，克服了壓電陶瓷材料自身的脆性和壓電聚合物材料的溫度限制，是智能材料系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)中最有前途的壓電材料[1～3]。通常兩相復(fù)合的壓電復(fù)合材料有10種連通方式[4]，其中0-3 型壓電復(fù)合材料是指壓電陶瓷粉末分散于三維連續(xù)的聚合物基體中形成的復(fù)合材料。由于0-3型壓電復(fù)合材料缺乏所需的應(yīng)力集中因素，其中的壓電陶瓷相極化比較困難，使復(fù)合材料的壓電系數(shù)相對較小。但由于該類材料與其它類型壓電復(fù)合材料一樣能提高優(yōu)值，減弱脆性、降低密度，并且無需高溫?zé)Y(jié)，成形加工缺陷少、能耗低。當(dāng)選擇恰當(dāng)條件時，能實(shí)現(xiàn)無機(jī)/高聚物兩相間的良好界面結(jié)合與過渡，具有可柔性加工性、易于制造的特點(diǎn)。其優(yōu)異的可柔性加工性能得到了人們的青睞。國內(nèi)對其制備方法進(jìn)行了許多的研究。具有代表性的有熱軋機(jī)壓法、流延法和干壓法[5～6]。這些方法普遍存在著陶瓷含量低、氣孔率大等不足，導(dǎo)致壓電復(fù)合材料性能難以提高。本文使用先進(jìn)的復(fù)合材料模塑工藝，采用熱壓成形法，制備了一系列壓電復(fù)合材料，結(jié)果表明，所得材料具有較高的壓電常數(shù)和良好的柔性加工性能，并分析了無機(jī)壓電陶瓷種類、含量對復(fù)合材料介電性能和壓電性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本文所采用的實(shí)驗(yàn)原料有鋯鈦酸鉛（ PZT）和鈦酸鉛（PT）壓電陶瓷粉體。

2.2 試樣制備

本文中的PVDF/PZT和PVDF/PT壓電復(fù)合材料采用熱壓成形法制備，成形溫度為200℃、壓力為15 MPa。樣品的直徑均為10mm、厚度為0.12 mm。

2.3 性能測試

樣品經(jīng)表面處理后，在其表面涂覆導(dǎo)電銀漿，烘干；然后，在硅油介質(zhì)下，采用不同的極化條件，對試樣進(jìn)行極化；最后，對相關(guān)壓電、介電性能等進(jìn)行測試。

本文采用H.P.4192型介電頻譜測試儀，在室溫下測定試樣的ε和 tanδ值。采用Z-3A型準(zhǔn)靜態(tài)d33測試儀，測定壓電復(fù)合材料的d33值。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 壓電陶瓷含量對復(fù)合體系介電性能的影響

本文是在室溫及1MHz的條件下進(jìn)行檢測的。圖1是復(fù)合材料的介電常數(shù)ε與陶瓷粉體的體積分?jǐn)?shù)關(guān)系曲線。

從圖1中可以看出，無論對PVDF/PZT還是PVDF/PT體系，隨著陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增加，ε值呈非線性增大，說明這類壓電復(fù)合材料的介電性能與陶瓷性能密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)超過某一數(shù)值時，復(fù)合材料才具有較大的ε值。當(dāng)陶瓷體積分?jǐn)?shù)低于50%時，復(fù)合體系的介電常數(shù)呈現(xiàn)很小的值。但當(dāng)體積分?jǐn)?shù)超過50%時，在實(shí)驗(yàn)過程中，復(fù)合材料的介電常數(shù)迅速增大。在陶瓷粉體高含量區(qū)域間，由于樹脂的粘結(jié)力下降，兩相材料界面結(jié)合狀態(tài)劣化，導(dǎo)致氣孔率增大，致使材料性能參數(shù)有所下降，這也是材料耐壓性能下降的原因之一。另外，考慮到如果陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)過大，將使復(fù)合材料難以成形，且材料發(fā)脆、機(jī)械性能差。因此，當(dāng)陶瓷粉體的體積分?jǐn)?shù)為60%～70%時，材料的性能較理想。

當(dāng)電介質(zhì)突然受到靜電場作用時，往往要經(jīng)過一段時間（稱為弛豫時間），極化強(qiáng)度才能達(dá)到最終值，這種現(xiàn)象稱為極化弛豫。通常說，極化弛豫是由于取向極化所造成的。如果介質(zhì)受交變電場作用，當(dāng)交變電場的改變比較迅速時，極化將滯后，從而導(dǎo)致介質(zhì)損耗。

在壓電復(fù)合材料中，不同含量的壓電陶瓷將影響復(fù)合體系的介電損耗。圖2是陶瓷體積分?jǐn)?shù)與介電損耗tanδ的關(guān)系曲線。

由圖2可知，隨著陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的介電損耗tanδ呈非線性減小。

3.2 陶瓷種類對復(fù)合材料介電性能的影響

從圖1和圖2可以看出，不同種類的陶瓷對復(fù)合體系介電性能有一定的影響。當(dāng)陶瓷粉體的體積含量低時，兩種復(fù)合體系的介電常數(shù)和介電損耗無很大差別，且都較小。其原因?yàn)閺?fù)合體系的介電性能主要來自聚合物。因此，兩復(fù)合體系在陶瓷粉體體積含量少時差別不大。隨著陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增大，PVDF/PZT體系的介電常數(shù)明顯提高，PVDF/PT體系的介電常數(shù)略微提高，但峰值不如PVDF/PZT體系的高。介電損耗兩者相當(dāng)，無太大差別。隨著壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增加，作為功能相的壓電陶瓷對復(fù)合體系的貢獻(xiàn)越大，而PZT的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于PT，故隨著壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)增加，PVDF/PZT體系的介電性能要好于PVDF/PT體系。

3.3 壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料壓電性能的影響

圖3是PVDF/PZT、PVDF/PT兩種復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33與陶瓷體積含量的關(guān)系。

由圖3可知，隨著陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的d33值亦呈非線性增大，在體積含量超過50%時，d33值迅速增大。這是因?yàn)?-3型壓電復(fù)合材料的壓電性主要產(chǎn)生于壓電陶瓷粉末。在極化過程中，陶瓷顆粒在電場作用下，通過電疇取向產(chǎn)生剩余極化，整個復(fù)合材料的剩余極化強(qiáng)度是所有陶瓷顆粒的剩余極化強(qiáng)度疊加的結(jié)果。顯然，陶瓷顆粒濃度的增加必然引起復(fù)合材料剩余極化強(qiáng)度的增加，從而導(dǎo)致壓電性的增加。但是，由于陶瓷加工性能差，隨著陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的加工性能隨之也變差。因此，一般壓電復(fù)合材料中的壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)應(yīng)選擇在60%～70%。

3.4 陶瓷種類對復(fù)合材料壓電性能的影響

從圖3中可以看出，不同種類的陶瓷對復(fù)合體系壓電性能有一定的影響。在低體積分?jǐn)?shù)為30%時，兩種復(fù)合體系的壓電常數(shù)d33無很大差別，且都較小。其原因是0-3型壓電復(fù)合材料的壓電性主要產(chǎn)生于壓電陶瓷粉末，當(dāng)壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)低時，復(fù)合體系的壓電性能較差。隨著陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增大，由圖3可以看出，PVDF/PZT體系的壓電常數(shù)明顯提高，PVDF/PT體系的壓電常數(shù)也有提高，但d33值均不如PVDF/PZT體系的高。隨著壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)增加，作為功能相的壓電陶瓷對復(fù)合體系的貢獻(xiàn)就越大，而PZT的壓電常數(shù)比PT大。因此，隨著壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)增加，PVDF/PZT體系的壓電性能比PVDF/PZT體系的要好。

4 結(jié)論

（1） 對于同種材料，隨著壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增加，壓電復(fù)合材料的壓電常數(shù)、介電常數(shù)都有所增加。當(dāng)陶瓷體積分?jǐn)?shù)為70%時，復(fù)合材料具有較好的介電性能、壓電性能，且是綜合性能最佳的復(fù)合材料。

（2） 隨著壓電陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)增加，PVDF/PZT體系的壓電性能比PVDF/PZT體系的要好。

參考文獻(xiàn)

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篇4

1、陶瓷牙套作為一種高科技修復(fù)牙齒的技術(shù)，其看起來更為逼真更為美麗一些，而且，在耐磨性和牢固性方面也有屬于自己的優(yōu)勢，這種牙套的光彩看起來就像是自然牙一樣，生物的相容性也比較好，不會有刺激口腔組織的問題出現(xiàn)，而且，陶瓷牙套的清潔問題也比較簡單。

2、跟傳統(tǒng)的活動假牙相比較，這種牙套不僅能夠解決不一樣牙齒問題的人遇到的牙齒問題，還能夠?yàn)檠例X穿上一件比較牢固的隔離衣呢，讓其避免受到外界細(xì)菌帶來的侵害和困擾，讓牙齒變得更牢固一些，讓牙周變得更安心一些。

3、陶瓷牙套的制作工藝是非常細(xì)微細(xì)致的，其跟真牙齒的差別不大，所以，如果你是需要糾正畸形牙齒的成年人，那么，陶瓷牙套就是一個非常不錯的整牙方式。

4、雖然陶瓷牙套有很多優(yōu)點(diǎn)，但是，其還是有屬于自己的缺點(diǎn)，陶瓷牙套的缺陷就表現(xiàn)在，其會對兩側(cè)鄰牙造成一定程度的磨損，這樣一來自然也會對自己的口腔造成一定的傷害，所以，大家在選擇這種牙套的時候一定要仔細(xì)考慮。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇5

關(guān)鍵詞：電壓互感器 二次回路 電壓切換繼電器 斷線監(jiān)測

引 言：

現(xiàn)在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的各電壓等級的電壓互感器數(shù)量眾多，型號各異，新PT安裝投運(yùn)時，常因PT接線錯誤導(dǎo)致出現(xiàn)PT高壓保險熔斷、低壓空開或保險斷開甚至燒毀PT等問題；同時由于全站二次電壓回路接線比較復(fù)雜，不易為現(xiàn)場人員掌握，還經(jīng)常出現(xiàn)PT投運(yùn)一段時間后，當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生接地或短路故障時，PT二次不能正確反映一次系統(tǒng)電壓，造成保護(hù)及安全自動裝置誤動或拒動，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1、二次電壓回路接線錯誤的原因分析

出現(xiàn)上述問題最常見的原因就是二次電壓回路接線錯誤，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）二次電壓回路相對地短接，一旦投運(yùn)即熔斷保險或燒毀PT。

（2）PT開口三角電壓回路對相電壓回路短接，一旦投運(yùn)將對PT一次反沖電，造成低壓空開跳閘或低壓保險熔斷。

（3）PT開口三角電壓回路對地短接，正常運(yùn)行時由于開口 三角電壓接近于零沒有問題，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)單相接地即熔斷高壓保險或燒毀PT。

（4）lO～35 kV防諧振4PT中，第四只PT 一次、二次繞組反極性接線如圖1，正常運(yùn)行時由于第四只PT電壓接近于零沒有問題，～一旦出現(xiàn)系統(tǒng)單相接地，PT二次回路對地電壓將不再反應(yīng)系統(tǒng)一次電壓，會誤導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行錯誤操作。

（5）PT運(yùn)行過程中，PT接線盒至PT端子箱的這一段地埋電纜由于長期受潮銹蝕而斷線或短路，導(dǎo)致PT斷線或燒毀PT；當(dāng)線路抽壓PT發(fā)生斷線時，還有可能導(dǎo)致線路開關(guān)非同期重合或拒合等嚴(yán)重事故。出現(xiàn)上述問題的原因從表面看都在于對PT原理不熟悉，或回路接線錯誤所致，其實(shí)最根本的原因在于缺乏有效的檢測手段。目前各地在設(shè)備安裝調(diào)試工作過程中，高壓試驗(yàn)都是僅對單只PT自身進(jìn)行，由于升壓設(shè)備容量限制，不能將全站二次設(shè)備電壓回路都帶上后再在PT一次加壓傳動。對二次電壓回路的檢驗(yàn)僅僅依靠接線過程中工作人員核對二次線的辦法，檢查圖2中各連接電纜二次接線的正確性，而PT端子箱（高壓柜端子排）內(nèi)和電壓切換及并列裝置內(nèi)的二次電壓回路則不做檢查，僅依靠廠家保證其接線正確性。

由以上分析可知，對二次電壓回路的檢查全部都是依靠對線的辦法，而不能像試驗(yàn)電流回路一樣對PT二次回路進(jìn)行全面的一次加壓檢查試驗(yàn)，造成在這一環(huán)節(jié)上無法實(shí)現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控的閉環(huán)管理，導(dǎo)致存在的問題不能及時發(fā)現(xiàn)糾正。

2、解決問題的方法

通過長期的摸索與實(shí)踐，筆者對如何解決上述問題有了一個較為成熟有效的方法，具體步驟如下：

（1）對于普通的3PT接線

① 接線完畢后斷開PT端子箱或高壓柜內(nèi)二次空開及保險，拆下開口三角電壓回路至控制室內(nèi)聯(lián)線。用1.5 V鉀電池在PT一次側(cè)逐相對地做點(diǎn)、拉試驗(yàn)，在PT二次側(cè)（PT端子箱或高壓柜內(nèi)二次空開或保險以前的端子排上）用指針表u A檔觀測其指針擺動情況，具體接線見圖3。若接線正確，則在點(diǎn)擊PT一次側(cè)時，指針應(yīng)向右快速擺動，從PT一次側(cè)拉開時，指針應(yīng)向左快速擺動；若接線時極性接反，則擺動情況正好相反；若有相對地短路或兩側(cè)接線線芯不一致的情況，則指針不會擺動。（注：觀測開口三角繞組時應(yīng)與原理接線圖上所標(biāo)示的極性一致）。

② 拉開PT一次隔離刀閘或手車以斷開PT切換重動繼電器，在PT端子箱或高壓柜內(nèi)二次空開及保險下側(cè)接線端子上逐相對地加壓（也可三相同時加壓），在端子箱或高壓柜內(nèi)二次空開及保險下側(cè)接線端子及端子排上檢測各相電壓對地及相間電壓正常，檢測開口三角電壓回路L應(yīng)無電壓。

③ 推上PT一次隔離刀閘或手車使PT切換重動繼電器YQJ動作，在切換后各回路檢測各相電壓對地及相間電壓正常，檢測開口三角電壓回路L應(yīng)無電壓。

④ 在PT端子箱或高壓柜內(nèi)，將開口三角電壓回路L（拆下來的至控制室側(cè)線芯）任意短接至一相電壓上，檢測開口三角電壓回路L（切換前及切換后）均應(yīng)正常。

⑤ 依次將各保護(hù)及安全自動裝置電壓回路投入，檢測各元件上三相電壓及開口三角電壓回路均應(yīng)正常。

⑥ 兩段母線電壓回路分別檢查完畢后，同時在兩段母線PT端子箱或高壓柜對三相電壓及開口三角電壓回路加壓，在PT二次電壓回路并列繼電器根部核相正確后，將PT二次電壓回路并列應(yīng)檢測正常。

⑦ 若本站一次接線存在特殊運(yùn)行方式，如用旁路帶主變壓器開關(guān)運(yùn)行見圖4，還需要檢驗(yàn)其相應(yīng)的電壓切換回路。

⑧ PT二次各繞組所對應(yīng)的電壓回路均應(yīng)有相應(yīng)的二次電壓斷線監(jiān)視回路。舉例如下：各保護(hù)電壓回路可以靠各保護(hù)元件PT斷線回路監(jiān)測；計(jì)量電壓回路應(yīng)加裝專門的計(jì)量斷線回路監(jiān)測；線路抽壓PT弓l出的電壓應(yīng)加裝一個電壓繼電器監(jiān)視其電壓，以防I上保護(hù)在某些重合閘方式下不檢測線路電壓。在加壓試驗(yàn)過程中應(yīng)斷開某一相電壓檢測相應(yīng)監(jiān)視回路是否能正確報警。

（2）對于10～35 kV防諧振4PT接線

其他檢驗(yàn)步驟均與普通3PT接線相同，需要注意的是在步驟① 中，需要首先對中性點(diǎn)PT做高壓試驗(yàn)，確定其每個繞組的變比，然后才能進(jìn)行極性試驗(yàn)并按照圖5正確接線。

3、總結(jié)

本文提出了對PT及二次電壓回路進(jìn)行檢測的新方法，通過對PT進(jìn)行極性試驗(yàn)和二次回路加壓傳動，可以對廠站全部二次電壓回路做到真正意義上的全面檢查，徹底杜絕了過去因缺乏有效檢測手段可能造成的各類接線錯誤，消除了潛在的隱患，滿足了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求在升二次電壓試驗(yàn)中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

①二次電壓回路一般由保護(hù)（可能有些有兩組）和計(jì)量組成，在升二次電壓時應(yīng)該一組一組的分別升，升某一組時檢查所有用到該組的地方都應(yīng)該有，其他組應(yīng)該沒有。

⑦在升二次電壓時為了區(qū)分開相別來，應(yīng)該每一相升不同的幅值，在檢查每處電壓時該幅值就應(yīng)該一一對應(yīng)，但最大相應(yīng)該在額定范圍內(nèi)。

篇6

關(guān)于壓電陶瓷變壓器的研究始于20世紀(jì)50年代。美國G．E．Motorola Zenith公司的Rosen在1956年闡述了壓電陶瓷變壓器的基本工作原理，并成功地制備出長條形單片壓電陶瓷變壓器。但由于這種單片變壓器使用的是壓電性能較差的BaTiO3陶瓷材料，加上工藝不完善，升壓比很低，成本又很高，故當(dāng)時沒有引起人們的重視。后來，隨著PZT系、三元系和四元系等壓電陶瓷材料的陸續(xù)出現(xiàn)，在20世紀(jì)70年代末和80年代初，壓電陶瓷變壓器開始進(jìn)入實(shí)用化。從20世紀(jì)90年代末期開始，壓電陶瓷變壓器得到了蓬勃發(fā)展和比較廣泛的應(yīng)用。

1 壓電陶瓷變壓器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

壓電蜂鳴器和壓電點(diǎn)火棒是人們較熟悉的兩種壓電陶瓷產(chǎn)品。壓電蜂鳴器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)工作的，給其加上電信號，壓電陶瓷將產(chǎn)生振動而發(fā)出聲音；壓電點(diǎn)火棒是利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)工作的，給其加上機(jī)械壓力，在點(diǎn)火棒兩端即有高壓產(chǎn)生。這兩種器件的能量轉(zhuǎn)換形式是電能與機(jī)械能之間的單向轉(zhuǎn)換，而壓電陶瓷變壓器則是在同一壓電陶瓷上同時利用正和逆的壓電效應(yīng)來進(jìn)行工作的，即經(jīng)過電能機(jī)械能和機(jī)械能電能的兩次能量變換。壓電陶瓷變壓器輸入端和輸出端的振動模式是不同的，因此壓電陶瓷變壓器實(shí)際上是一種特殊的壓電陶瓷換能振子。

壓電陶瓷變壓器按其形狀、電極和極化方向不同而有各種結(jié)構(gòu)，其中最簡單和最為常用的是Rosen型單層長條形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

由該圖可知，壓電陶瓷變壓器由兩部分組成，其中左半部分的上下兩面都有燒滲的銀電極，沿厚度(即從上到下)方向極化，作為輸入端，這部分稱為驅(qū)動部分；右半部分的端頭燒滲了銀電極，沿長度方向(即從左到右)極化，作為輸出端，這部分稱為發(fā)電部分。當(dāng)交變電壓Uin加到壓電陶瓷變壓器的輸入端時，只要交變電壓頻率與壓電陶瓷的諧振頻率一致，就會通過逆壓電效應(yīng)使變壓器產(chǎn)生沿長度方向上的伸縮振動，使輸入的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；而發(fā)電部分通過正壓電效應(yīng)使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生電壓輸出。實(shí)際上，壓電陶瓷的左半部分相當(dāng)于蜂鳴器，右半部分則類似于點(diǎn)火棒。圖1所示的壓電變壓器的長度大于厚度，如果輸入端為低阻抗，輸出端為高阻抗，則為升壓型變壓器。這種變壓器在幾伏或幾十伏的輸入電壓下，可以產(chǎn)生數(shù)千伏的輸出。在空載狀態(tài)時，壓電變壓器的開路升壓比N為

當(dāng)材料一定時，Qm、k31和k33均為常數(shù)，壓電變壓器的變壓比N僅由L和t之比決定。由于QmL/t可以很大，因此可以制作升壓比足夠大的壓電陶瓷變壓器。

利用與圖1所示的Rosen變壓器相似的結(jié)構(gòu)，可以制備如圖2所示的壓電陶瓷降壓變壓器。這種降壓變壓器是將圖1中所示的發(fā)電部分作為驅(qū)動部分，將驅(qū)動部分作為發(fā)電部分。通過這種變換，發(fā)電部分的輸入阻抗大于驅(qū)動部分的輸出阻抗，致使輸出電壓降低，電流增加。

壓電陶瓷變壓器除了利用橫向振動模式的器件結(jié)構(gòu)形式外，還可利用徑向振動、厚度振動、彎曲振動等振動模式來設(shè)計(jì)和制造其他形式的壓電變壓器。利用厚度振動模式和徑向振動模式，同樣可以設(shè)計(jì)降壓或自耦降壓壓電陶瓷變壓器。

壓電陶瓷材料是一種脆性材料。為保障壓電陶瓷變壓器的機(jī)械強(qiáng)度，陶瓷片不能做得太長或太薄，因此限制了升壓比的提高。為了提高升壓比，人們將多層片式電容器( MLCC)的成熟工藝移植到壓電陶瓷變壓器的制備中，于是在20世紀(jì)90年代末，多層獨(dú)石型和片式壓電陶瓷變壓器陸續(xù)被推向市場。

圖3所示為多層片式陶瓷結(jié)構(gòu)示意。這種疊層結(jié)構(gòu)中的相鄰兩層陶瓷在厚度方向上的極化方向是相反的，各內(nèi)電極間采用叉指方式交替地連接。在多層壓電陶瓷的總厚度與單片內(nèi)電極 壓電陶瓷的厚度相同的情況下，與單片壓電陶瓷相比，N層壓電陶瓷的等效壓電系數(shù)(d33)則提高3N倍，電流量增加N2倍，電壓將下降N倍（因陶瓷承受的電場相同）。將這種陶 瓷結(jié)構(gòu)用于壓電陶瓷變壓器的驅(qū)動和發(fā)電部分，可以通過陶瓷層數(shù)來改變變壓器的輸入和輸 出阻抗，從而改變變壓比和電流比。

2 壓電陶瓷變壓器的特性

壓電陶瓷變壓器的電特性參數(shù)有輸出功率（功率密度通常為15～20W/cm3）、輸入／輸 出電壓、工作頻率、負(fù)載阻抗、功率轉(zhuǎn)換效率、器件尺寸和工作溫度（通常低于60℃）等。

壓電陶瓷變壓器具有以下一般特性：

(1)壓電陶瓷變壓器輸出電壓的高低與頻率直接相關(guān)，其輸出電壓只有在諧振頻率附近（fr±lkHz內(nèi)）才達(dá)到最大值；若偏離諧振頻率，電壓下降的幅度就很大。這是壓電陶瓷變壓器的重要特性，它與線繞變壓器不同，不能在較寬的頻率范圍內(nèi)工作。壓電陶瓷變壓器的、諧振頻率會隨溫度的變化而變化，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或變壓器工作時因自身機(jī)械和介質(zhì)損耗而發(fā)熱時，都將引起諧振頻率的漂移。當(dāng)用固定信號激勵時，諧振頻率的漂移會引起輸入電壓的變化，從而影響高壓電源的穩(wěn)定工作。因此，在應(yīng)用中，相應(yīng)的驅(qū)動電路必須具有頻率自反饋跟蹤能力，方能使變壓器始終處于最佳工作狀態(tài)。

(2)壓電陶瓷變壓器在輸入電壓一定時，輸出電壓隨負(fù)載阻抗的減小而降低。這是由于壓電陶瓷變壓器的輸入阻抗較大（約十幾兆歐至數(shù)萬兆歐）而引起的。因此，在使用壓電陶瓷變壓器升壓的高壓電源中，當(dāng)負(fù)載變化后，變壓器的輸出電壓變化較大，即它們的壓電調(diào)整率差，這時必須在電路中采取補(bǔ)償措施，以保證電源具有穩(wěn)定的輸出電壓。

(3) 一般的線繞變壓器的輸入阻抗與負(fù)載阻抗是成正比的，而壓電陶瓷變壓器則相反，當(dāng)減小其負(fù)載阻抗時，輸入阻抗反而增大。這種輸入阻抗與負(fù)載阻抗的特殊關(guān)系，在壓電陶瓷變壓器作為高壓電源時極為重要。因?yàn)楫?dāng)負(fù)載短路時，壓電陶瓷變壓器會自動斷電而不被燒毀，這是壓電陶瓷變壓器的一個優(yōu)良特點(diǎn)。

(4)壓電陶瓷變壓器的安裝固定與配置對正確使用很重要。壓電陶瓷變壓器有半波模和全波模兩種安裝狀態(tài)，如圖4所示。

在固定陶瓷片時，支撐點(diǎn)必須選定在振動位移為零的地方，否則會嚴(yán)重影響升壓比和轉(zhuǎn)換效 率。半波模諧振的支撐點(diǎn)應(yīng)在壓電陶瓷片的中間，全波模諧振的支撐點(diǎn)應(yīng)在陶瓷片的1/4處。

3 壓電陶瓷變壓器的特點(diǎn)

壓電陶瓷變壓器與傳統(tǒng)繞線型變壓器比較，具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

(1)體積小，質(zhì)量輕，器件幾何形狀呈超薄(厚度小于4mm)扁平結(jié)構(gòu)，適宜片式化。同時，可根據(jù)實(shí)際需要制成長度和寬度振動模式的長方體壓電變壓器及徑向振動的圓柱體壓電變壓器等。

(2)采用阻燃性壓電陶瓷制成，不需要銅漆包線和磁心，沒有磁飽和現(xiàn)象，不怕潮濕，不怕短路燒毀，安全性好。

(3)工作時是以高頻振動的壓電方式來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)?，不會產(chǎn)生也不受來自外界的電磁干擾。

(4)能量轉(zhuǎn)換效率高，一般可達(dá)90％以上，最高可達(dá)98％。

(5)輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓，尤其適用于驅(qū)動快速啟動的冷陰極熒光燈(CCFL)。

(6)對于低阻負(fù)載具有準(zhǔn)恒流輸出特性，不會產(chǎn)生反峰電壓，能對功率放大器起保護(hù)作用。

壓電陶瓷變壓器盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些不足之處，具體表現(xiàn)為：

(1)輸出功率較小，單層器件輸出功率一般僅為1～2W，多層器件輸出功率可達(dá)30W。目前成熟產(chǎn)品的輸出功率在10W之內(nèi)，僅適用于小功率和高壓小電流領(lǐng)域。

(2)在應(yīng)用中的配套電路比較復(fù)雜，對使用成本和系統(tǒng)可靠性都造成一定影響。

(3)壓電陶瓷變壓器有一定的諧振頻率，當(dāng)工作頻率低于諧振頻率時，器件呈電容特性；高于諧振頻率時，器件呈電感特性；只有在諧振頻率附近時，器件才表現(xiàn)為電阻特性。因此，陶瓷變壓器的工作頻率受諧振頻率的限制，工作帶寬較窄，而電磁式變壓器不受帶寬限制，工作頻率范圍相對較寬。

4 壓電陶瓷變壓器的應(yīng)用及其驅(qū)動電路

(1)應(yīng)用領(lǐng)域

壓電陶瓷變壓器適用于高電壓、小電流和較低功率的電子儀器和設(shè)備中，符合電子產(chǎn)品小型化、輕量化、薄型化、高效化及高可靠等方面的要求。全球信息產(chǎn)業(yè)日新月異，對壓電陶瓷變壓器提出了巨大的市場需求。

目前，壓電陶瓷變壓器主要用于電壓升壓和降壓兩個方面。壓電陶瓷升壓變壓器的主要應(yīng)用領(lǐng)域有冷陰極熒光燈驅(qū)動電路、液晶顯示器、小功率激光管、電子警棍、負(fù)離子發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、靜電噴漆、靜電除塵、靜電復(fù)印機(jī)、掃描電子顯微鏡等高壓發(fā)生裝置中；降壓型壓電陶瓷變壓器主要用于各種小型AC/DC和DC/DC模塊電源、手提充電器和手機(jī)、攝像機(jī)等便攜式產(chǎn)品的AC/DC適配器。從目前的情況看，壓電陶瓷降壓變壓器的發(fā)展和應(yīng)用滯后于壓電陶瓷升壓變壓器。

(2)基本驅(qū)動電路

在20世紀(jì)90年代中后期之前，人們利用當(dāng)時現(xiàn)有的資源，大多采用開關(guān)電源通用PWM控制器IC再附加電路來驅(qū)動壓電陶瓷變壓器。后來隨著壓電陶瓷變壓器的迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，使世界各大半導(dǎo)體公司看到了商機(jī)．紛紛開發(fā)并推出了壓電陶瓷變壓器專用驅(qū)動IC。這些IC具有較寬的輸入電壓范圍，能自動完成頻率掃描和跟蹤，以使壓電變壓器工作在準(zhǔn)諧振狀態(tài)。此類驅(qū)動IC有很多，如HLMM936、UCC3976、UCC3977和DIT8545等。

壓電陶瓷變壓器的驅(qū)動電路有單開關(guān)單端驅(qū)動方式、關(guān)推挽和半橋驅(qū)動方式及四開關(guān)全橋驅(qū)動方式等幾種，其中單開關(guān)電路拓?fù)鋬H適用于驅(qū)動小功率壓電陶瓷變壓器，電路結(jié)構(gòu)比較簡單。

1)高壓電源用單端驅(qū)動電路。圖5所示為高壓電源電路。該電路是一種DC/DC升壓變換器拓?fù)洌瑝弘娞沾勺儔浩鱐C用作升壓轉(zhuǎn)換器件。控制器IC的振蕩器頻率能跟蹤TC的諧振頻率，IC的輸出PWM信號驅(qū)動互補(bǔ)配置的晶體管VT1和VT2。當(dāng)IC輸出高電平時，VT1導(dǎo)通，UCC經(jīng)限流電阻R和VT1對MOSFET (VT3)的柵極電容Cgs充電。當(dāng)VT3、柵極電壓達(dá)到開啟電平時，VT3導(dǎo)通，電流通過電感器L使其儲存能量。當(dāng)IC輸出低電平時，VT1截止，VT2導(dǎo)通，VT3截止。在VT3截止時，在L中產(chǎn)生反電勢加至TC的輸入端，脈沖幅度為UCC的2倍左右。TC輸出端上產(chǎn)生的高頻正弦波電壓經(jīng)VD1、VD2和電容器C整流濾波，輸出一個DC高壓(約3000V)。Ra、Rb為取樣電阻分壓器，在Rb上的采樣信號反饋到IC，使高壓輸出穩(wěn)定在設(shè)定值上。TC為KH3005型壓電陶瓷變壓器，尺寸為30mm×5mm×2.6mm，額定輸出功率為3.5W，諧振頻率為55kHz，輸入電容為180pF，輸出電容為26pF。

表1列出了MPT系列壓電陶瓷變壓器的尺寸與參數(shù)，供選用時參考。

篇7

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)對輸變電的質(zhì)量和可靠性要求提高，相應(yīng)的對高壓開關(guān)設(shè)備的性能要求也越來越高。為了滿足當(dāng)今社會對高質(zhì)量產(chǎn)品的需求，世界各大高校、電力科研單位，高壓電器制造企業(yè)竟相開發(fā)研制性能更加先進(jìn)、結(jié)構(gòu)更加合理、可靠性更高的開關(guān)電器產(chǎn)品。特別是由于采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論以及相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，使開關(guān)電器設(shè)備包含了更多的新技術(shù)含量。從某種意義上說先進(jìn)的開關(guān)電器制造技術(shù)已步入高新技術(shù)領(lǐng)域。真空和SF6氣體以其優(yōu)異的電氣性能成功運(yùn)用于高壓電器中，從而引起高壓電器設(shè)備的一場革新。

2　密封問題的提出

真空是良好的絕緣體，真空開關(guān)是以在真空中熄滅電弧為特點(diǎn)，但不是在任何真空度下都可以熄滅電弧，而是在某一真空度范圍才具有良好的絕緣和滅弧性能。真空開關(guān)中的真空度應(yīng)保持在10-2～10-8Pa范圍內(nèi)，絕緣和滅弧性能最佳。金屬波紋管被普遍用作滅弧室動觸頭運(yùn)動的真空密封，是保證動觸頭在一定范圍內(nèi)運(yùn)動和長期使滅弧室保持高真空的重要元件，要求有很高的機(jī)械壽命。波紋管的機(jī)械壽命決定了真空滅弧室的使用壽命。利用真空介質(zhì)熄滅電弧的設(shè)想在19世紀(jì)末就已提出，20世紀(jì)20年代制造出了最早的真空滅弧室。但是由于受真空工藝、材料等技術(shù)水平的限制。當(dāng)時并未實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。我國也于20世紀(jì)50年代開始真空滅弧理論的研究，目前以真空介質(zhì)作為絕緣和熄弧的電器產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中得到了大量的使用。

SF6氣體以其優(yōu)異的電氣性能在開關(guān)設(shè)備中得到了廣泛的運(yùn)用。SF6氣體在零表壓下相當(dāng)于3個大氣壓下空氣絕緣水平，而在3個表壓下相當(dāng)于礦物油絕緣水平。SF6在零表壓下靜態(tài)滅弧能力相當(dāng)于同等氣壓下空氣的100倍，因此由SF6代替空氣做成的C―GIS(或GIS)比空氣絕緣的開關(guān)設(shè)備具有更小型化尺寸，抗嚴(yán)酷環(huán)境條件、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。SF6氣體作為開關(guān)設(shè)備的滅弧介質(zhì)得到了迅速發(fā)展?？梢哉fSF6的使用，引起高中壓開關(guān)及其設(shè)備的一場革命。幾十年的實(shí)踐證明，SF6氣體所具有的優(yōu)異滅弧與絕緣性能，無可爭議，沒有另一種介質(zhì)可以與之媲美。但SF6電器設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)(如滅弧，絕緣性能等)全靠SF6氣體來保證。研究怎樣提高氣室密封的可靠性，是各電器科研院所、生產(chǎn)廠家研究開發(fā)氣體絕緣開關(guān)設(shè)備迫切需要解決的主要課題。

真空和SF6氣體以其優(yōu)導(dǎo)的絕緣和滅弧性能，被廣泛應(yīng)用于3～1000kV各類高壓開關(guān)設(shè)備中。保證真空滅弧室有優(yōu)異的絕緣和滅弧性能，就必須滿足真空度要求，真空滅弧室的主要密封方式有封接密封、焊接密封和波紋管密封。封接密封、焊接密封一但完成引起真空度發(fā)生變化概率很小。引起真空度變化的主要原因是作為產(chǎn)品動密封的金屬波紋管，在產(chǎn)品裝配、調(diào)試過程中人為的操作不當(dāng)及運(yùn)行時分合操作波紋管的疲勞等都可能造成真空產(chǎn)品的真空度下降，從而影響開關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行。SF6開關(guān)設(shè)備的漏氣率一直是各生產(chǎn)廠家和電力用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。中壓SF6開關(guān)設(shè)備國外充氣壓力為0.04MPa的開關(guān)設(shè)備24h密封試驗(yàn)，年泄漏率基本在0.5％以下，開關(guān)使用壽命達(dá)到30年。國內(nèi)廠家生產(chǎn)的SF6開關(guān)設(shè)備充氣壓力基本在0.04～0.045MPa之間，24h密封試驗(yàn)?zāi)曷饴识急容^高，一般在0.5％～1％。目前SF6開關(guān)設(shè)備密封方式分為靜密封和動密封，其中靜密封主要有采用“O”形密封圈密封、“”形密封圈密封以及焊接密封，動密封主要形式有“O”形密封圈密封、唇形密封圈密封(其中包括唇形密封圈與油配合的密封形式，簡稱油封)、金屬波紋管密封(主要用于直動式傳動結(jié)構(gòu)的密封)。對于靜密封，密封部位都是平面與平面之間的固定連接，一經(jīng)連接完成，配合面之間不存在相對位移。如能選取合適的材料、結(jié)構(gòu)和裝配工藝，密封性能是可以保證的。但是作為動密封的狀況就要復(fù)雜得多，如采有波紋管密封。因波紋管本身存在的裝配、材料(雜質(zhì)、微裂紋、劃傷)等方面的缺陷都會嚴(yán)重影響密封效果；同時工作條件、操動機(jī)構(gòu)的安裝調(diào)整等都會影響波紋管的使用壽命。而密封圈本身作為一種橡膠制品，也有其材料性能方面的局限性。首先，橡膠制品在常溫常壓下長期存放會逐漸老化變脆：第二，橡膠制品處在長期被壓縮狀態(tài)，會發(fā)生永久變形或稱殘余變形，直接影響密封效果。

因此，研究改善真空滅弧室和SF6開關(guān)設(shè)備的動密封條件，使其密封效果和密封壽命與靜密封在整體上達(dá)到相互匹配，改善傳統(tǒng)的密封方式，獲求更好的密封效果是進(jìn)一步研究開發(fā)新的高技術(shù)含量、高可靠性、智能化、小型化電器產(chǎn)品的主要課題。磁流體密封最初是作為一項(xiàng)高新技術(shù)在我國得到推廣應(yīng)用的，因此，磁流體密封在我國應(yīng)用最早和最多的領(lǐng)域是真空鍍膜、真空熱處理、單晶硅爐、空間環(huán)境模擬等對氣體密封要求十分嚴(yán)格的設(shè)備上。隨著這一功能材料的產(chǎn)業(yè)化水平的提高，制造成本不斷降低，磁流體密封件的利用領(lǐng)域拓展很快。特別是我國第一部磁流體動密封裝置標(biāo)準(zhǔn)JB/T10463―2004的頒發(fā)，標(biāo)志著我國磁流體密封件的開發(fā)、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)已經(jīng)步入了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的發(fā)展軌道。事實(shí)證明，運(yùn)用磁流體密封取代傳統(tǒng)動密封是一種理想的選擇。

3　磁流體密封的原理

磁流體是磁性流體的簡稱，是1995年由美國帕佩爾(Papell)發(fā)明的磁性流體，是把磁鐵礦等強(qiáng)磁性的微細(xì)粉末(磁性粉末的平均粒徑在10nm左右)在水、油類、酯類、醚類等液體中進(jìn)行穩(wěn)定分散的一種膠態(tài)液體。這種液體具有在通常離心力和磁場作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁鐵所吸引的特性。磁流體由：固體鐵磁體微粒(Fe3O4)；包覆著微粒并阻止其相互凝聚的表面活性劑(穩(wěn)定劑)；載液(溶媒)3種主要成分組成，它既具有磁性材料和液體的特性，又具有利用磁場控制流變性、熱物理性和光學(xué)性能的能力。

篇8

關(guān)鍵詞：壓電陶瓷片；共振；霧化；光路；可視化

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）3-0062-2

1 實(shí)驗(yàn)原理

該設(shè)計(jì)針對教科版初中物理八年級上冊第四章中光的傳播原理、折射反射原理、透鏡成像規(guī)律等知識點(diǎn)[1]，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了利用新材料壓電陶瓷片共振時[2]，能直接將與壓電陶瓷接觸的水霧化成微小的水珠產(chǎn)生霧氣，設(shè)計(jì)制作了光路可視化的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置可以清晰地展示光的直線傳播、折射反射定律、透鏡成像、望遠(yuǎn)鏡的原理等涉及光路演示的有關(guān)實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生對光學(xué)有一個全面的、立體的、可視的認(rèn)知。

2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

圖1所示為壓電陶瓷共振霧化水電路設(shè)計(jì)示意圖，我們可以看到此電路分為變壓電源、壓電陶瓷振蕩器和簡易水槽三部分組成。使用時，可通過適當(dāng)調(diào)節(jié)變壓電源上的變壓旋鈕，來控制水霧化的速度。圖1中左下插圖為壓電陶瓷振蕩器的實(shí)體圖，該設(shè)計(jì)選定型號為20 mm的壓電陶瓷振蕩器為本設(shè)計(jì)的霧化源，如插圖所示，其為圓環(huán)形狀，中間噴霧，驅(qū)動電壓為DC3―DC12 V，具有高轉(zhuǎn)換效率，霧化力量大和價格低廉等特點(diǎn)。

圖2所示為該設(shè)計(jì)整體實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖，其由透明性較好的有機(jī)玻璃和卡扣組成半密閉性空間，內(nèi)置相關(guān)光學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的配套實(shí)驗(yàn)器材，以普遍且價格相對低廉的激光筆作為光源。

4 教具使用方法

（1）此教具學(xué)生可以人手一套，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。透明的外殼由卡扣和有機(jī)玻璃板組合而成，學(xué)生可拼裝箱子的大小，根據(jù)其所要探究的實(shí)驗(yàn)，制作教具，并分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因。

（2）教具可以結(jié)合攝像頭、投影儀等多媒體器件，進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。

（3）教具進(jìn)行光路演示時注意遮擋日光，效果更加明顯。

5 教具特色

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特色是利用新材料壓電陶瓷所固有超聲波振蕩特點(diǎn)，當(dāng)振蕩電路的振蕩頻率與壓電陶瓷的固有振蕩頻率相同時產(chǎn)生共振，可以直接將與壓電陶瓷接觸的水霧化成微小的水珠從而產(chǎn)生霧氣。教具的最大亮點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了光路的可視化，打破了傳統(tǒng)的教與學(xué)形成的固定思維，巧妙地將看不見摸不著的光路呈現(xiàn)到學(xué)生面前。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更有助于學(xué)生觀察理解光學(xué)現(xiàn)象，同時也達(dá)到激發(fā)興趣、培養(yǎng)能力的目的。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置具有操作簡單，便于拼裝，現(xiàn)象明顯，使用安全，可演示大部分涉及光路的實(shí)驗(yàn)，并能驗(yàn)證一些生活中的現(xiàn)象。例如，舞臺用的追光燈是把光源放在凸透鏡的焦點(diǎn)上，使透鏡發(fā)出平行光，然后照射在舞臺上。

（3）實(shí)驗(yàn)裝置采用新材料，成本廉價，取材于生活，體現(xiàn)了物理源于生活、回歸生活的本質(zhì)。

（4）可引導(dǎo)鼓勵學(xué)生，自己動手制作教具，從而達(dá)到了寓教于樂的目的。

6 注意事項(xiàng)

由于實(shí)驗(yàn)中用到了激光筆，使用時要注意引導(dǎo)學(xué)生正確操作，不要相互照射，以避免損傷學(xué)生的眼睛。

參考文獻(xiàn)：

篇9

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計(jì) 壓電技術(shù) 電暖鞋

中圖分類號：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0061-01

鞋子是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?，隨著生活水平的不斷提高，人們對鞋子的要求不僅僅從美觀上升到了舒適，甚至追求其實(shí)現(xiàn)更多的功能來滿足人們對高品質(zhì)生活的追求。你是否還在為冬天的鞋子抵擋不住嚴(yán)寒的天氣而煩惱？你是否還在為鞋子不停的汗?jié)穸鴳n愁？立足于此，我們設(shè)想了一款以保暖為主要功能的電暖鞋。

1 原理

1.1 壓電材料發(fā)電原理

當(dāng)一陶瓷片在壓力作用下上下表面產(chǎn)生電荷，其相當(dāng)于一個電容，電容在其兩極產(chǎn)生電荷后就儲存了一定能量。從電學(xué)角度來看，壓電片可以簡化為一個正弦電流源ip（t），與內(nèi)在的電極電容Cp并聯(lián)，如下所示。假設(shè)電流源和電極電容Cp恒定，負(fù)載可調(diào)。由戴維南等效定理，該電路中阻抗為：

當(dāng)時，即外接負(fù)載電阻和壓電片等效阻抗相等時，負(fù)載吸收的能量最大。

1.2 能量傳輸和利用效率分析

當(dāng)作用在壓電片上的力消失后，壓電元件產(chǎn)生的電荷立即消失。因此，需要外接電容對壓電元件產(chǎn)生的電荷進(jìn)行儲存。設(shè)壓電元件間電容為Cp，外接電容為C，產(chǎn)生的電能在兩者之間再分配，根據(jù)傳輸結(jié)束后電壓相等的關(guān)系，設(shè)C=aCp，其中，C為外接電容；Cp為壓電元件間電容；。則電容C上儲存的能量與產(chǎn)生能量的傳輸效率：

當(dāng)，得a=1到。即C=Cp時，傳輸效率最大，此時n=25%。

1.3 能量收集過程

1.3.1 能量收集原理

壓電元件產(chǎn)生的電荷是瞬間和交替的， 是以不規(guī)則的隨機(jī)突發(fā)形式提供能量，由于受力的方向不同，極化方向不同，故而產(chǎn)生的電流方向也不同，使得壓電陶瓷產(chǎn)生的是微弱的交流電。在能量收集過程中，我們將壓電陶瓷與整流電路相連，將交流轉(zhuǎn)化為直流。由于產(chǎn)生的電壓與壓力有關(guān)，壓力的大小直接影響電壓的大小，所以產(chǎn)生的電能是不穩(wěn)定的。為了收集產(chǎn)生的電能，我們將電能與充電芯片相連，產(chǎn)生恒流對充電電池進(jìn)行充電。

1.3.2 能量收集電路

我們使用CN3063芯片作為控制芯片對鋰電池進(jìn)行充電，運(yùn)行無需微處理器控制，可以將一節(jié)鋰電池恒流充電達(dá)500mA。當(dāng)輸入電壓大于低電壓檢測閾值和電池端電壓時，CN3063開始對電池充電，CHRG管腳輸出低電平，表示充電正在進(jìn)行。如果電池電壓Kelvin檢測輸入端（FB）的電壓低于3V，充電器用小電流對電池進(jìn)行預(yù)充電。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測輸入端（FB）的電壓超過3V時，充電器采用恒流模式對電池充電， 充電電流由ISET管腳和GND之間的電阻RISET確定。

1.4 電路控制

電路控制部分主要由51單片機(jī)（stc89 c51）、傳感器、執(zhí)行器和隔離電路組成。STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。本項(xiàng)目使用的是溫度和濕度傳感器，測濕電路與單片機(jī)相連，利用覆蓋在基片上的一層感濕材料制成的膜來吸附水蒸氣導(dǎo)致濕敏電阻電阻率和電阻值發(fā)生變化的特性來測試濕度。通過溫度傳感器來檢測周圍溫度的變化從而形成控制信號。執(zhí)行器采用的是熱電偶，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后 ， 即可知道被測介質(zhì)的溫度。由半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管構(gòu)成光電隔離電路，工作時把輸入信號加到輸入端，使發(fā)光管發(fā)光，光敏器件在磁光輻射下輸出光電流，從而實(shí)現(xiàn)電光點(diǎn)的兩次轉(zhuǎn)換。

2 組合方式

為增強(qiáng)發(fā)電裝置的發(fā)電能力，可以采用多片壓電振子并聯(lián)或者串聯(lián)的方式。

由于壓電振子在每個振動周期產(chǎn)生的能量很小，且輸出為高電壓低電流的交流電。在實(shí)驗(yàn)中采取壓電陶瓷并聯(lián)的方式，可以獲取更大的電流。同時，在能量收集電路中，外接電容與壓電陶瓷極間電容相等時，能量傳輸效率最大，為25%。在壓力一定的情況下，壓電陶瓷裝置的發(fā)電能力隨著片數(shù)的增加呈現(xiàn)遞增態(tài)勢，因此，也可以增加壓電陶瓷片數(shù)，來提高輸出功率。

3 結(jié)語

通過以上設(shè)想，理論上能把人行走過程中的一部分能量轉(zhuǎn)化為電能，達(dá)到節(jié)能的目的。盡管現(xiàn)在的設(shè)計(jì)還不夠純熟，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，新材料的不斷涌現(xiàn)，定會使發(fā)電效率大大的提高，做出真正實(shí)用的物品。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳建遠(yuǎn)，姚永剛，丁芩華.基于壓電陶瓷的人體能量收集系統(tǒng)的研制[J].壓電與聲光，2012（4）.

篇10

本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料成形技術(shù)，綜合了壓注、注凝、浸滲的原理，用以制備形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)組分密度均勻、高強(qiáng)度的陶瓷基復(fù)合材料坯體，再進(jìn)行燒結(jié)即可獲得高韌性陶瓷基復(fù)合材料制品。本發(fā)明提出的技術(shù)是一種創(chuàng)新的、制備高性能復(fù)雜形狀纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的低成本、近凈尺寸的成形技術(shù)，與現(xiàn)有纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料成形制備技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)越性，成形時間短、生產(chǎn)效率高。

專利號：200810228400.2

氮化鋁陶瓷材料及其制備方法

本發(fā)明公開了一種氮化鋁陶瓷材料及其制備方法。該方法是在現(xiàn)有常用制備方法的原料中添加納米氧化鋁，再按照常規(guī)制備工藝進(jìn)行制備?？赏ㄟ^直接添加納米氧化鋁或添加有機(jī)鋁，如仲丁醇鋁、異丙醇鋁或乙酰丙酮鋁，并借助有機(jī)鋁的低溫分解間接獲得原位生長的納米氧化鋁。該方法可應(yīng)用于干壓成形和流延成形，采用常壓或熱壓燒結(jié)等陶瓷制備工藝，可獲得分散特性好、均勻混合的氮化鋁和納米氧化鋁漿料，有利于提高物料的燒結(jié)活性、降低燒結(jié)溫度，以及提高陶瓷基板的色澤一致性、平整度和粗糙度，降低生產(chǎn)成本，在氮化鋁陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

專利號：200810224311.0

一種碳化硅陶瓷的制備方法

本發(fā)明公開了一種碳化硅陶瓷的制備方法，具體為：采用固相燒結(jié)法，將竹炭粉碎研磨后，與硅粉按質(zhì)量比1:3混合，將硅碳混合物與酚醛樹脂按質(zhì)量體積比為1:1混合均勻；將混合物在140℃下預(yù)加熱成形；在真空或者Ar氣氛狀態(tài)下，將溫度升高到設(shè)定的最終燒結(jié)溫度進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；保持溫度30min，冷卻制得SiC陶瓷材料。本發(fā)明利用竹材生物結(jié)構(gòu)通過高溫?zé)Y(jié)而得到的碳化物材料，竹材在絕氧條件下進(jìn)行炭化得到具有竹材孔隙結(jié)構(gòu)的炭骨架，以此作為陶瓷相滲入和反應(yīng)的生物模板，通過金屬或者無機(jī)非金屬物質(zhì)滲入、燒結(jié)反應(yīng)，使得到的陶瓷不僅具有竹材的精細(xì)結(jié)構(gòu)，而且增加了反應(yīng)面積，提高了合成速度，具有一般陶瓷制備方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

專利號：200810224957.9

精鑄用自反應(yīng)氧化鋁基復(fù)合陶瓷型芯及其制備方法

本發(fā)明提供了精鑄用自反應(yīng)氧化鋁基復(fù)合陶瓷型芯及其制備方法，該復(fù)合陶瓷型芯是由剛玉粉及原位合成的鈦酸鋁、二鈦酸鎂和莫來石組成，所述復(fù)合陶瓷型芯由下列重量配比的原料制成：不同粒度的剛玉粉70～85%、氧化鎂粉0～2%、二氧化鈦粉8～20%、藍(lán)晶石粉6～10%，并加入占該四種原料總質(zhì)量的1～3%的碳粉作為易潰散劑。所述方法將前述原料混合，干壓成形后高溫?zé)贫?。本發(fā)明氧化鋁基體中添加其他原料，所制備的陶瓷型芯高溫化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好；熱膨脹系數(shù)較低；燒結(jié)后收縮率小，室溫和高溫強(qiáng)度均滿足精密鑄造用陶瓷型芯的要求。

專利號：200810199121.8

一種高性能中低溫?zé)Y(jié)高壓陶瓷電容器介質(zhì)

一種高性能中低溫?zé)Y(jié)高壓陶瓷電容器介質(zhì)，涉及無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，它采用常規(guī)的高壓陶瓷電容器介質(zhì)制備方法，利用電容器陶瓷的普通化學(xué)原料，制備得到無鉛、無鎘的無毒高性能中低溫?zé)Y(jié)(燒結(jié)溫度為1100～1150℃)的高壓高穩(wěn)定陶瓷的電容器介質(zhì)，該介質(zhì)適合于制備單片陶瓷電容器和多層片式陶瓷電容器，能大大降低陶瓷電容器的成本，并且在制備和使用過程中不污染環(huán)境，其特征在于所述介質(zhì)的配方包括(重量百分比)： BaTiO3 58～92%、SrTiO3 2～19%、CaZrO3 0.5～10%、Nb2O5 0.05～1%、Y2O3 0.03～1.0%、Co2O3 0.03～1.0%、Bi2Sn2O7 6～30%；其中BaTiO3、SrTiO3、CaZrO3分別是采用常規(guī)的化學(xué)原料以固相法合成。其耐壓高，可達(dá)10kV/mm以上，介電常數(shù)為2200～3500，電容溫度變化率小，符合X7R特性、Y5T和Y5U特性的要求，使用過程中性能穩(wěn)定性好，安全性高，對環(huán)境無污染。

專利號：200810155056.9

一種用于降低電聲轉(zhuǎn)換器壓電陶瓷燒結(jié)溫度的添加物