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半电极含金属芯压电纤维的弯曲振动模型 被引量:7
1
作者 边义祥 裘进浩 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1298-1305,共8页
建立了悬臂梁结构的半电极含金属芯压电纤维(HMPF)的弯曲振动模型和动态测试模型。基于外加电压时的等效弯矩,推导了悬臂梁结构的HMPF的弯曲振动模型;用第一类压电方程,推导了外加简谐激励电压时,HMPF的表面电位移、电荷和导纳,建立了... 建立了悬臂梁结构的半电极含金属芯压电纤维(HMPF)的弯曲振动模型和动态测试模型。基于外加电压时的等效弯矩,推导了悬臂梁结构的HMPF的弯曲振动模型;用第一类压电方程,推导了外加简谐激励电压时,HMPF的表面电位移、电荷和导纳,建立了动态测试模型,通过测量共振频率fr、反共振频率fa和低频电容CLF,得到HMPF的弹性柔顺系数s1E1、机电耦合系数k31、介电常数ε3T3和压电常数d31。叙述了弯曲振动模型和动态测量模型的建立过程和测试步骤,测试了3根HMPF样品,得到各参数的平均值,s1E1为16.856×10-12 Pa-1,k31为0.179,ε3T3为2 251,d31为-103.621pC/N。测试结果表明所建立的动态测试方法可以快速、准确地测量HMPF的主要参数。 展开更多
关键词 半电极含金属芯压电纤维 压电振动 动态测试模型
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半电极含金属芯压电纤维的驱动性能 被引量:4
2
作者 边义祥 裘进浩 +2 位作者 王鑫伟 季宏丽 朱孔军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期109-117,共9页
建立了悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维新型压电弯曲驱动器的理论模型。根据第一类压电方程,推导出自由端位移、夹持力和弯曲共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响,并把理论计算结果和有限元分析结果进行了... 建立了悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维新型压电弯曲驱动器的理论模型。根据第一类压电方程,推导出自由端位移、夹持力和弯曲共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响,并把理论计算结果和有限元分析结果进行了比较。实验结果表明,悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维弯曲驱动器的自由端位移可达589μm,夹持力可达427μN,一阶弯曲共振频率为28 Hz,有限元分析结果和理论值基本吻合,说明这种驱动器有较大的端部位移、较小的夹持力和较低的弯曲共振频率。 展开更多
关键词 电极 金属芯 压电纤维 弯曲驱动器
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半电极含金属芯压电纤维的动态微力传感器 被引量:2
3
作者 边义祥 裘进浩 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1391-1395,共5页
半电极含金属芯压电纤维(HMPF)是一种新型压电传感器。建立了HMPF的动态微力传感理论模型。根据第一类压电方程,基于振动理论,用平均电荷方法,推导出悬臂梁结构HMPF自由端受到垂直动态微力作用后,产生电荷的解析表达式;分析了长度和半... 半电极含金属芯压电纤维(HMPF)是一种新型压电传感器。建立了HMPF的动态微力传感理论模型。根据第一类压电方程,基于振动理论,用平均电荷方法,推导出悬臂梁结构HMPF自由端受到垂直动态微力作用后,产生电荷的解析表达式;分析了长度和半径比对产生电荷的影响。实验结果表明,HMPF可以测量动态微力的频率和幅值,具有较高的动态微力传感灵敏度。 展开更多
关键词 电极 金属芯 压电纤维 传感器 动态微力
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半电极含金属芯压电纤维阵列研究
4
作者 汪小华 张晓明 陈池来 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第3期382-385,共4页
通过计算半周期内的有效电压,分析了半电极含金属芯压电纤维阵列能量收集的动力学方程组,推导了纤维完全一致和存在尺寸差异两种情况下阵列收集的电压和能量方程,仿真计算了纤维几何参数满足正态分布时能量收集效率与半径比、纤维长度... 通过计算半周期内的有效电压,分析了半电极含金属芯压电纤维阵列能量收集的动力学方程组,推导了纤维完全一致和存在尺寸差异两种情况下阵列收集的电压和能量方程,仿真计算了纤维几何参数满足正态分布时能量收集效率与半径比、纤维长度和半电极角度的方差之间的变化规律。分析结果表明,纤维尺寸差异越大,能量收集效率越低。为提高阵列在不同方向的外界激励下能量收集效率,需要在每根纤维直接连接交流-直流转换电路。 展开更多
关键词 电极 金属芯 压电纤维 阵列 能量收集
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表面部分电极含金属芯压电纤维气流传感特性研究 被引量:4
5
作者 夏咸龙 周桂祥 +1 位作者 边义祥 王昌龙 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期195-201,共7页
含金属芯压电纤维可以模仿昆虫的毛发感受器,感知周围环境的气流变化。在含金属芯压电纤维的部分纵向表面涂镀电极,制备了表面部分电极含金属芯压电纤维传感器PMPF(Partial electrode of Metal core Piezoelectric Fiber)。基于平均电荷... 含金属芯压电纤维可以模仿昆虫的毛发感受器,感知周围环境的气流变化。在含金属芯压电纤维的部分纵向表面涂镀电极,制备了表面部分电极含金属芯压电纤维传感器PMPF(Partial electrode of Metal core Piezoelectric Fiber)。基于平均电荷法,建立了悬臂梁结构PMPF准静态气流传感模型,分析了PMPF产生的电荷值与表面电极分布角度、纤维长度、气流流速和气流方向的关系。搭建了实验系统,测试了PMPF对冲击气流的响应,验证了理论模型。结果表明,PMPF的传感信号和气流流速成指数关系,和气流方向成"8"字形关系。PMPF具有气流速度和方向的传感性能。 展开更多
关键词 压电纤维 金属芯 表面电极 气流传感
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基于含金属芯压电纤维与Lamb波的一维结构损伤定位研究 被引量:7
6
作者 刘建 裘进浩 +2 位作者 常伟杰 季宏丽 朱孔军 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期16-20,共5页
含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波... 含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究。研究结果表明:MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高。 展开更多
关键词 金属芯压电纤维 LAMB波 单一模式 GABOR小波 结构健康监测
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含金属芯压电纤维传感Lamb波方向性研究 被引量:6
7
作者 刘建 裘进浩 +2 位作者 常伟杰 季宏丽 朱孔军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第2期54-56,67,共4页
含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件。阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究。研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现... 含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件。阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究。研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现出很强的方向性。相比采用幅值表征的结果,采用能量因子进行传感方向性表征更能体现出MPF对Lamb波的方向性传感特性。 展开更多
关键词 金属芯压电纤维 LAMB波 小波变换 方向性 结构健康监测
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半电极压电纤维能量收集动力学建模与仿真 被引量:1
8
作者 汪小华 单鑫 +1 位作者 张晓明 陈池来 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第1期50-53,共4页
半电极含金属芯压电纤维能将环境振动通过弯曲变形转换成电能。运用分析力学方法建立了半电极含金属芯压电纤维能量收集装置的理论模型,推导了在谐波激励下,经过AC-DC转换后的归一化能量表达形式,分析了能量收集效率受金属芯与压电层的... 半电极含金属芯压电纤维能将环境振动通过弯曲变形转换成电能。运用分析力学方法建立了半电极含金属芯压电纤维能量收集装置的理论模型,推导了在谐波激励下,经过AC-DC转换后的归一化能量表达形式,分析了能量收集效率受金属芯与压电层的半径比、柔度系数比、压电材料的机电耦合系数及外界激励方向的影响,分析结果表明,当半径比达到2.4,材料机电耦合系数达到0.4,能量收集效率会接近相对最大值。本研究结果适用于压电纤维能量收集装置的分析与优化设计。 展开更多
关键词 电极 金属芯 压电纤维 能量收集
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仿生半规管传感器密度差感知特性研究 被引量:1
9
作者 李强 王先进 +2 位作者 陈文家 边义祥 姜亚妮 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第4期523-527,共5页
采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论,建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统,测试了传感器对仿生内淋巴液与仿... 采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论,建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统,测试了传感器对仿生内淋巴液与仿生壶腹嵴之间密度差变化的感知功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴传感器在液体压力作用下可以产生相应的变形,并且不同密度差下的响应幅值不同,同时验证了人体半规管中,当密度差足够大时,半规管具有对直线加速度产生反应的能力。 展开更多
关键词 金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维 规管 壶腹嵴 压电效应 传感器
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一种仿生壶腹嵴的振动传感特性研究 被引量:3
10
作者 李文康 王永坡 +2 位作者 徐强 边义祥 姜亚妮 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期40-44,共5页
为了研究人耳半规管中壶腹嵴的振动传感特性,本文采用表面对称电极含金属芯PVDF纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,并模仿人体壶腹嵴的结构,设计制备了一种仿生壶腹嵴。根据压电方程和振动理论,建立了仿生壶腹嵴的振动传感理论... 为了研究人耳半规管中壶腹嵴的振动传感特性,本文采用表面对称电极含金属芯PVDF纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,并模仿人体壶腹嵴的结构,设计制备了一种仿生壶腹嵴。根据压电方程和振动理论,建立了仿生壶腹嵴的振动传感理论模型。搭建了实验系统,测试了仿生壶腹嵴的振动传感功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴在液体压力作用下可以产生相应的变形,而通过SMPF的输出电荷信号,可以感知仿生壶腹嵴受到的振动激励,包括正弦与冲击振动的波形、频率和幅值。实验结果验证了理论模型,同时验证了人体半规管中,壶腹嵴具有振动感知的能力和作用。 展开更多
关键词 规管 壶腹嵴 仿生毛发传感器 金属芯PVDF纤维 振动传感
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仿生毛发气流传感器在流场中的传感特性研究
11
作者 徐强 李佳玲 +2 位作者 孙凯旋 姜亚妮 边义祥 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第2期207-212,共6页
模仿昆虫感受器的结构,设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统,验证了SMPF对于气流速度的传感能力... 模仿昆虫感受器的结构,设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统,验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明,SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系,验证了理论模型,表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中,用气流对纤维阵列进行冲击,搭建实验系统,验证了纤维在流场中的传感特性,并进行有限元仿真分析。实验结果表明,在风洞装置中,当有气流流过时,会产生流动边界层,且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚,同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型,表明SMPF具有感知流场分布的能力。 展开更多
关键词 仿生毛发 表面对称电极金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF) 压电特性 气流传感模型 传感器 流动边界层
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