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、機電系統(tǒng)的測控技術(shù)領(lǐng)域同時需要執(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，其執(zhí)行器部分會對傳感器部分產(chǎn)生電場干擾，影響傳感信號的精度，限制了壓電傳感執(zhí)行器的研究與應用。為此本文從理論研究、仿真分析、實驗驗證三個角度出發(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干擾的影響，提高了傳感信號精度。
　　本文以壓電陶瓷為材料進行研究，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，對本文所提出的兩種壓電傳感執(zhí)行器建立了相應的數(shù)學模型，并在數(shù)學模型中考慮了電場干擾的影響。
　　本文提出了兩種方案來消除電場干擾帶來的誤差，一種方案通過理論研究分析電場干擾的來源，確定電場干擾與驅(qū)動電壓幅值和頻率的關(guān)系，進而提出了基于傅里葉變換的濾波方案，根據(jù)驅(qū)動電壓的傅里葉展開式，理論推得電場干擾產(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)行器部分相對于傳感器部分完全對稱，進而抵消電場干擾對傳感部分的影響，同時利用金屬型腔和導電薄膜將傳感器部分包裹起來，使電場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一步減小。
　　建立有限元分析模型，對本文所研制的兩種壓電傳感執(zhí)行器進行仿真分析，得到了模型的動力學特性，進而得知模型輸出位移精度與驅(qū)動電壓頻率、壓電陶瓷形狀尺寸的關(guān)系。分析了電場干擾對壓電傳感執(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、，驗證了理論分析的正確性及濾波方案的有效性，同時為模型的優(yōu)化提供參考。
　　建立實驗系統(tǒng)，利用LabVIEW軟件進行系統(tǒng)中信號的分析和處理，通過實驗驗證了電場干擾與驅(qū)動電壓幅值和頻率的關(guān)系，分析了兩種濾波方案消除電場干擾的效果，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)計了硬件電路來實現(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