基于分時(shí)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器最主要的優(yōu)點(diǎn)之一，目前關(guān)于壓電驅(qū)動(dòng)器的研究都是基于同時(shí)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)即同時(shí)激勵(lì)壓電堆中所有的壓電層。這種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)是將壓電堆看作一個(gè)整體，忽略了在高頻驅(qū)動(dòng)時(shí)壓電堆內(nèi)部應(yīng)力波傳播對(duì)壓電堆輸出的影響。針對(duì)這一問題，本文創(chuàng)新性的提出了一種分時(shí)驅(qū)動(dòng)方法，它通過考慮壓電堆中應(yīng)力波傳播規(guī)律，分時(shí)依次地激勵(lì)壓電堆中各壓電層，使各層產(chǎn)生的應(yīng)力波同時(shí)傳播到壓電堆頂端實(shí)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(duì)壓電堆中應(yīng)力波

2、波動(dòng)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(shí)激勵(lì)脈沖序列，對(duì)分時(shí)驅(qū)動(dòng)思想進(jìn)行驗(yàn)證。首先分別仿真了將壓電堆底面直接剛性固定時(shí)，其在同時(shí)驅(qū)動(dòng)和分時(shí)驅(qū)動(dòng)方法下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)輸出，仿真結(jié)果顯示此時(shí)分時(shí)驅(qū)動(dòng)下壓電堆的響應(yīng)速度并未得到很好的改善;通過對(duì)分時(shí)驅(qū)動(dòng)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(huì)重新傳播到壓電堆頂端，從而影響

3、分時(shí)驅(qū)動(dòng)的效果，延長壓電堆的響應(yīng)時(shí)間。為了驗(yàn)證這一結(jié)論，我們?cè)趬弘姸训酌嬖黾右粺o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(shí)分時(shí)驅(qū)動(dòng)下壓電堆的響應(yīng)速度是同時(shí)驅(qū)動(dòng)方法下的2.75倍，分時(shí)驅(qū)動(dòng)思想得到了驗(yàn)證。另外我們對(duì)基座也做了進(jìn)一步的選擇與優(yōu)化，設(shè)計(jì)了更符合要求的基座材料和尺寸。
　　為了通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分時(shí)驅(qū)動(dòng)思想，本文利用壓電陶瓷圓環(huán)構(gòu)造了可以被分時(shí)驅(qū)動(dòng)的壓電堆結(jié)構(gòu)，并利用低壓控制高壓的思想設(shè)計(jì)了能產(chǎn)生一系列相鄰脈沖

4、間具有可調(diào)延時(shí)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(duì)壓電堆的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，分時(shí)驅(qū)動(dòng)方法下壓電堆的響應(yīng)速度是同時(shí)驅(qū)動(dòng)下的2.67倍，且分時(shí)驅(qū)動(dòng)方法實(shí)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(shí)驅(qū)動(dòng)方法下壓電堆的響應(yīng)速度不隨壓電堆中被激勵(lì)壓電層數(shù)量的變化而改變，也不受激勵(lì)電壓幅值的影響。
　　通過本文所提出的分時(shí)驅(qū)動(dòng)方法，可以使壓電堆在輸出足夠大位移的同時(shí)還具有非常快的響應(yīng)速度，對(duì)提