Research and development of a parallel piezoelectric 4-axis force/torque sensor

This paper proposed a novel parallel piezoelectric four-axis force/torque sensor based on the bottleneck contradictions of elastic style multi-axis wrist force sensor, It introduces the sensor's structure and operating principle and discussed the selection and spatial layout of piezoelectric quartz wafer group.Then it derives the mathematic model of the sensor. The finite element model of the sensor is established, and the prototype of the sensor is manufactured. Finally, it obtains the input and output curve, voltage sensitivity, charge sensitivity and the coupling interference.The results indicate that the sensor has advantages of simple and rational structure, correct mathematic model, nice manufacturability, good linearity, good rigidity, and natural frequency greater than 30 kHz, less than 3% of the interference error without decoupling matrix.These can meet the requirements of sensor design.     

带压电层圆柱形杆中波的传播

基于Hamilton原理的矩阵形式,得到带压电层圆柱形杆中波传播的基本方程式;采用幂级数的不同幂次近似方法表达杆件中的位移函数;通过变分求得特征方程式;进而求得弹性简谐波在带压电层的圆柱杆件中传播时的频散关系和位移场.通过实例计算,得到了压电圆柱杆件中波传播的频散关系,讨论了压电层对波传播的影响.计算结果表明,这种方法能够得到较好的收敛结果.     

用超声波对输油管道进行检漏及定位

介绍了压电陶瓷换能器产生和接收超声波的工作原理，当输入电压的频率为谐振频率时，超声波在介质中产生的驻波最强。若管道中出现泄漏，接收换能器的电压立即发生变化，可以根据这种变化发现泄漏，进而按拟合曲线或方程计算出管道泄漏的位置。     

双腔体四振子压电泵设计及试验

为提高压电泵的输出流量和输出压力,增强自吸性能,采用四片压电振子构建两个工作腔体的新型压电泵结构,即双腔四振子压电泵.在对该新型压电泵进行结构设计的基础上,分析了其工作原理和工作特性,给出了输出流量和输出压力的计算方法,并加工制造了四振子压电泵样机.对四振子压电泵在单腔体双振子、双腔双振子和双腔四振子工作方式下进行了试验对比,结果表明,采用腔体串联能够提高压电泵的输出流量和输出压力,双腔四振子压电泵在驱动电压为150 V AC,频率为120 Hz时,最大输出流量为1160 mL/min,而双腔双振子最大输出流量为650 mL/min（138 Hz）,单腔双振子最大输出流量为250 mL/min（160 Hz）;双腔四振子压电泵自吸高度可达到55 cm.     

微型压电泵中引流道对气泡控制的影响

提出了在泵腔内加工引流道,以促使气泡迅速而有效地排除。从腔内压力方面分析气泡的滞留与输出性能的关系,同时从气泡压力降和流体阻尼方面分析引流道对气泡滞留的影响,最后通过实验验证引流道的引入对压电泵输出性能的影响以及对气泡滞留的优化效果。实验结果表明,引流道的引入能在一定程度上增强压电泵的输出压力和输出流量,引流道宽度为2.0 mm时,输出压力和输出流量分别达到17.4 k Pa和20.8 m L/min;当引流道宽度为1.1 mm和1.5 mm时,压电泵具有很强的气泡排除能力,并根除了断流现象的发生,120个0.02 m L气泡进入后,压电泵仍具有稳定的输出压力(5.8 k Pa和5.6 k Pa)和输出流量(16 m L/min和5.6 m L/min)。在泵腔内加工引流道可以使气泡得到迅速而有效的排除,并减少气泡在泵腔内滞留。     

基于压电效应的简易型细胞力学测试仪

针对传统的细胞力学研究方法的非无损性,不能对细胞力学参数连续、长期监测的特点,研制出一种基于石英晶体压电效应的简易型细胞力学测试仪。该测试仪以STM32 103C8 为核心,设计有石英晶体在液相环境下的起振电路、稳定振荡电路,采用了频率/电压转换电路。系统实现了对石英晶体频率变化的高精度采集,对与传感器耦合的界面层（细胞）的质量、粘弹性和表面应力多参数敏感,能对细胞黏附过程和细胞力学性能进行动态监测。通过整机在细胞培养液环境下的实验,验证了测试仪系统的可行性与稳定性。     

单腔体气体压电泵设计

为制造输出性能良好的气体压电泵,设计了一种新型的伞形橡胶阀．分析了伞形橡胶阀的过流特性,并应用Ansys软件,对阀的工作性能进行仿真分析,确定了伞形橡胶阀的前10阶固有频率和阀工作失效时作用在阀两侧的临界压力值．仿真结果表明:在泵工作频率低于阀一阶固有频率时,且当作用在阀两侧的临界压力值大于08 kPa时,阀因为开启高度过大而不能恢复到关闭状态导致泵工作失效．并对泵用压电振子在泵送气体时进行了发热性能测试以及应用伞形橡胶阀所设计的单腔气体压电泵进行输送气体和液体试验,试验结果表明:在110 V正弦交流电压驱动下,驱动电压频率小于400 Hz时,振子的热平衡温度小于70 ℃;输送气体时,在最佳工作频率为380 Hz时,最大输出流量和压力分别为1 889 mL／min和51 kPa;输送液体时,在最佳工作频率为240 Hz时,最大输出流量和压力分别为300 mL／min和250 kPa．     

单腔体气体压电泵设计

为制造输出性能良好的气体压电泵,设计了一种新型的伞形橡胶阀.分析了伞形橡胶阀的过流特性,并应用Ansys软件,对阀的工作性能进行仿真分析,确定了伞形橡胶阀的前10阶固有频率和阀工作失效时作用在阀两侧的临界压力值.仿真结果表明:在泵工作频率低于阀一阶固有频率时,且当作用在阀两侧的临界压力值大于0.8 kPa时,阀因为开启高度过大而不能恢复到关闭状态导致泵工作失效.并对泵用压电振子在泵送气体时进行了发热性能测试以及应用伞形橡胶阀所设计的单腔气体压电泵进行输送气体和液体试验,试验结果表明:在110 V正弦交流电压驱动下,驱动电压频率小于400 Hz时,振子的热平衡温度小于70℃;输送气体时,在最佳工作频率为380 Hz时,最大输出流量和压力分别为1 889 mL/min和5.1 kPa;输送液体时,在最佳工作频率为240 Hz时,最大输出流量和压力分别为300 mL/min和25.0 kPa.     

圆形压电振子驱动式直线振动给料器

为了满足自动化生产线中对轻、薄、小产品平稳输送的要求,提出一种采用圆形压电双晶片振子作为驱动源的新型直线振动给料器,设计了振动给料器的结构模型,分析了振动给料器的工作原理,建立了振动给料器力学模型。制作了振动给料器样机,并对样机进行试验测试,得到了电压、振幅、频率之间的关系曲线,结果表明研制的振动给料器与电磁式相比具有节省电能、工作噪声小、输送稳定性好的优点,与矩形压电双晶片驱动式相比具有输送速度快的优势。     

特殊无活动部件阀压电泵机理分析与数值模拟

介绍了一种特殊无活动部件阀,采用数值模拟的方法计算得到其不同进口流速下的扩张效率,结果表明：特殊无活动部件阀的效率明显高于扩散阀,采用动网格模型对压电泵内流场进行网格划分,并根据压电泵膜的运动方式进行了用户自定义函数（UDF）编程,将程序调入FLUENT软件,进行固一液耦合模拟计算,给出了压电泵膜在不同振动模态下该特殊无活动部件阀压电泵内的流场特征,证明了泵膜在一阶振动模态附近压电泵有较好的流动性．认为这种动网格模型应用于压电泵的数值模拟计算是正确可行的．