压电陶瓷精选(九篇)

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第1篇：压电陶瓷范文

[关键词]电子鼓； 压电陶瓷传感器；鼓盘；均匀性

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0288-01

鼓盘信号的传感理论上可分为两种：接触式触发器和非接触触发器。

非接触式触发器是靠固定在鼓盘上面一层导电网面作极板与固定在鼓盘下部的电容式传感器间电容改变，从而使机械信号转化为电信号，但这种传感方式因信号微弱、噪声较大、要拾取到微弱的的振动信号是非常困难等因素，再加上材料成本和工艺要求特别高，此传感方式并未在电子鼓上广泛推广。

接触式触发器方式就是在鼓面下部固定一个压电陶瓷片（蜂鸣片），这种触发方式结构简单，灵敏度较高，敲打鼓盘时引起的震动产生的机械信号转化为电信号，具体的说，就是蜂鸣片输出一个正弦波的电信号（如图1）。

由于电子鼓鼓盘直径大小不同，受压电陶瓷片的直径大小限制和贴附位置（一般将蜂鸣片放置在鼓在中间位置），很容易产生击打鼓盘不同位置时产生的电信号不同，特别是直接击打在位于压电陶瓷片固定位置的鼓面部分，出来的声音就会特别响，如果刻意去敲这个接触点，会感觉到这一点和其他地方会非常不一样，缺乏平滑的过渡，中间有个尖峰（如图2）。

由于鼓手在击打鼓面时不可能准确一至准确的击打某一部位，相对于真鼓，击到在不同位置时候，只有细微的差别，对于电子鼓需克服这样的弱点，我们不仅需要软件从算法上作出修正，更需要从结构上保证鼓盘的均匀性，整体如图3

一.我们需打破传统，改变蜂鸣片直接贴在传感铁片（或其它传感材料上），让蜂鸣片与传感铁片之间有一段距离；

二.再将蜂鸣片贴在一块PC传感片，传感PC片的直径范围需保证A1≈A2（如图4），这样才能保证击打鼓盘任意位置，敲打面与蜂鸣片中心基本相等。

三.将PC片按45°角排列贴缓冲垫并贴于传感铁片上，保证敲击的机械振动可从四周传至蜂鸣片，以保证机械信号转化为电信号的电压和频率一致。

验证效果：由于保证了击打任一点击打位置到蜂鸣片的位置基本相等，且蜂鸣片未直接贴在传感铁片上，不存在直接的硬接触点，击打的整个区域都是非常自然而平滑的过渡。在不做力度修正的情况下，可以感受到不同位置的音量连续变化，不存在别扭的突变点。这个音量变化和真鼓是不一样的，如经过软件的力度算法的修正之后，就可以做到和真鼓接近的区域力度响应（图5）。

上述方法只是本人在实际研发和生产中摸索出来的一种结构设计方法并正式用于生产，当然如何调整鼓盘的均匀性，每个厂商自有一套方法，既可从软件算法方面去做修正，音量方面去做补偿，本人只是从结构上探讨如何将均匀性做到更好，减轻软件方面的困扰。

参考文献

第2篇：压电陶瓷范文

【关键词】压电陶瓷;Ansys仿真;PZT

1.引言

压电材料是指具有压电效应，能够实现电能与机械能相互转换的晶体材料，受到压力作用时会在两端面间出现电压，进而表现出压电效应[1]。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷[2]。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形[3]。

压电陶瓷具有价格低廉、易于批量生产等优点，已被广泛应用于社会生产的各个领域，尤其是在超声领域及电子科学技术领域中，压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的优势支配地位，如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等[4]。随着现代高科技的迅猛发展，智能结构和器件广泛应用于信息技术、新材料技术和航天等高技术领域，并日益显示出其巨大的优越性[5]。

近年来，各国都在积极研究功能陶瓷，研究的重点大都是从老材料中发掘新效应，开拓新应组织和结构入手，寻找新的压电材料。特别值得重视的是随着材料展，目前国际上对压电材料的应用研究十分活跃[6]。

2.压电陶瓷材料的仿真与分析

选取了solid226 ，Solid226单元需要介电常数ε，压电常数数（压电应力矩阵[e]或者压电应变矩阵[d]），弹性常数（柔度矩阵[S]或刚度矩阵[C]），以及密度。介电常数和压电常数同弹性系数一样是方向的函数，它们与坐标的取向有关。所以在进行模型方案设计的时候要根据元件坐标系和压电陶瓷极化方向的关系，对三种常数进行坐标变换，把相对元件坐标系的常数求出来。下面的分析，建立在坐标系的Z轴方向与压电陶瓷的极化方向3（弹性主方向）平行，X轴平行与方向1，Y轴平行与方向2。

建立压电陶瓷片模型，如图1所示。

图1 压电陶瓷造型模型图

分析首先需要进行的是静态分析，设置选择一表面一直为0V，在相对表面设置0V到150V的递增变化和150V到0V的递减的变化。

下一步要进行的是动态分析输入电压函数，电压为交流电压。

在加载了位移和电压条件后生成图2所示。

选取观察Z轴方向压电陶瓷变形云图如图3所示。

压电陶瓷总位移变形云图如图4所示。

图2 施加载荷（位移约束与电压加载）示意图

图3 压电陶瓷变形云图（Z轴方向）

图4 压电陶瓷变形云图（总位移）

图5 施加电压与压电陶瓷的收缩变化线性关系

施加电压与压电陶瓷的收缩变化数据提取得到施加电压与压电陶瓷的收缩变化关系如图5所示。

提取时间在0.1s内时间与位移的线性关系如图6所示。

提取0.1s内加载电压的线性关系如图7所示。

3.压电陶瓷材料作用于梁的激振仿真与分析

建立一个长方形梁和压电陶瓷片，且压电陶瓷片在梁的一端边缘中间，在系统坐标的XYZ轴为中点，输入压电陶瓷个轴的长度，X为28mm，Y为14mm，Z为1.5mm。并输入长方形梁的长度X为230mm，Y为28mm，Z为1.5mm，如图8所示。

图6 压电陶瓷Z轴的位移与时间响应关系

图7 时间0.1内与加载电压的响应关系

图8 激振模型

对压电陶瓷施加150V，正弦电压载荷，步长设置200步。分析结果如图9所示，对梁的激振结果可以看出，梁的两端翘曲明显，故需对其进行抑制。

图9 激振模型受力结果

4.压电陶瓷材料作用于梁的抑振仿真与分析

在激振模型的基础上，在梁的中间稍靠固支部分再添加一抑制其振动的陶瓷片，对其施加相反电压使其起到抑振效果。如图10所示。

图10 抑振模型

在添加的陶瓷片2上施加与激振陶瓷相反的电压。由图11可知，在添加了第二片陶瓷片对其施加相反电压时，对梁的弯曲抑振效果较为明显，根部抑制情况较好，基本达到了所需的结果。

图11 抑振分析结果

图12 抑振前后对比图

5.结论

压电材料既可作为智能结构驱动器，又可作为智能结构的传感器。Ansys仿真中在对压电陶瓷有限元模型建立的基础上，在固定一面电压为0V，在对立面输入递增递减电压，分析了压电陶瓷的位移变化，而得到压电陶瓷在动态电压条件下的位移变化的数据。本文建立的压电陶瓷片合理的有限元模型，这对实际的工程分析具有很大的现实意义。

参考文献

[1]张彦芳.压电发电技术的应用和发展趋势[J].科技资讯，2010（03）：102.

[2]孙慷，张福学.压电学[M].国防工业出版社，1984.

[3]张福学，王丽坤.现代压电学（上册）[M].科学出版社，2001.

[4]叶会英，浦昭邦.压电双晶片的能量传输特性分析[J].光学精密工程，2000，8（4）：345-350.

[5]张斌，陈西平.压电双晶片作为驱动的精密定位机构研究[J].机械与电子，2009（6）：39-41.

作者简介：

第3篇：压电陶瓷范文

【关键词】 纳米定位与扫描平台 bouc-wen模型 最小二乘法 参数辨识

一、引言

近年来，随着纳米技术的发展，微纳米控制的运动平台也成为了研究的热点。但是，压电陶瓷具备的动态特性、耦合特性、迟滞特性、蠕变特性以及运动平台的机械振动特性会使得系统的精度降低、运行速度减慢，并且会引起系统的不稳定。其中，由于迟滞特性具备非局部记忆性、多值映射和率相关等性能，对纳米定位与扫面平台的定位精度影响较大，因此，本文将对纳米定位与扫描平台的迟滞特性进行研究，旨在消除迟滞误差，提高纳米定位与扫面平台的定位精度。目前，有关纳米定位与扫描平台迟滞特性研究的方法主要有，Lin等[1]采用Bouc-Wen模型，设计了以PI反馈控制器控制运动平台的方案，使得系统的鲁棒性更高。BoucWen模型，由于具有参数少、数值化简单等优点，本文将在研究前人成果的基础上，基于Bouc-Wen模型，利用最小二乘法，对纳米定位与扫描平台的迟滞特性进行建模以及模型参数辨识，以减小位移误差，实现纳米定位与扫描平台的精确定位。

二、纳米定位与扫描平台的模型建立

2.1 纳米定位与扫描平台的基本结构

纳米定位与扫描平台的基本组成一般包含三个模块，分别为：纳米定位与扫描平台、检测装置和控制系统。

本文中纳米定位与扫描平台是由压电陶瓷进行驱动，且由两路独立的电压信号分别控制X、Y方向位移，输入电压范围为-10V-10V，纳米定位与扫描平台的位移范围为100μm×100μm

2.2基于Bouc-wen模型的纳米定位与扫描平台迟滞建模

Bouc-Wen模型是一种经典的微分多项式类的迟滞模型，该模型一般通过构建微分方程的方式来呈现输出信号随输入信号的变化，从而通过微分方程来对系统进行迟滞建模。标准Bouc-Wen模型的数学表达式为：

ΦBW（t）=αk・u（t）+（1-α）Dk・z（t） （1）

其中，u（t）为系统的输入；ΦBW（t）代表系统的迟滞输出；k为系统的初始等效刚度系数；α为权重系数，z为模型的迟滞非线性项。

（1）式中的z（t）进行微分，可得，

其中，C为p转置的一个列矩阵，b为一个常量列矩阵。

由于参数n主要影响迟滞曲线的光滑程度，并无对其他方面的影响，且参数n不属于敏感参数，因而，当参数D，A，β，γ固定不变时，n的变化对迟滞模型曲线并无明显的影响。

四、MATLAB实验仿真

针对本文所确定的纳米定位与扫描平台迟滞模型，通过传统PID控制，经MATLAB实验仿真，实现信号的实时跟踪，检验其对输入信号的跟踪性能。

⑴ 在采样频率f=50kHz时，输入一个阶跃信号，幅值为1μm，得到的仿真实验结果，如图1所示。

由图1可知，在采样频率f=50kHz，输入一个幅值为1μm的阶跃信号，系统输出位置信号大约需要2.0ms进入稳定状态。

⑵ 在采样频率f=50kHz时，输入一个方波信号，幅值为-1μm×1μm，得到的仿真实验结果，如图2所示。

在采样频率f=50kHz，幅值在-1μm×1μm范围内时，由图2可知，每当信号方向发生改变时，系统输出位置信号大约需要2.0ms进入稳定状态，且输出位移稳态误差大约在4nm之内。

五、总结

本文通过最小二乘法对所建模型进行参数辨识。而且通过对纳米定位与扫描平台建模，以减小系统迟滞特性对运动平台输出位移的影响。分别输入一个阶跃信号和一个方波信号，经MATLAB实验仿真可知，系统输出位置信号均大约需要2.0ms进入稳定状态，很大程度上提高了运动平台的定位精度。

参 考 文 献

第4篇：压电陶瓷范文

关键词：备自投；电压互感器；反充电

1 系统及运行方式说明

系统为220KV系统，正常运行方式下，＃01启备变作为＃1、#2机厂用电备用电源，#02启备变作为＃3、＃4机厂用电备用电源，如图1：

＃01、＃02启备变保护采用电磁式继电器保护，＃3机的备自投回路采用继电器接点联琐回路，YJJ、YZJ-A、YZJ-B作为厂用电备用电源监察继电器；＃4机的备自投回路采用DCS［1］快切卡件，它需要取系统A相电压作为启备变电压监察判断量，若系统电压消失，则快切卡件会闭锁，＃4机的厂用电备自投功能自动退出，而快切卡件所取的系统电压则是＃02启备变运行于I母时经I母刀闸切换（1ZZJ）后或者是运行于III母时经III母刀闸切换(2ZZJ)后的系统电压，如图2：

图中1G为262 I母刀闸，2G为262 III母刀闸，＋KM、－KM为262开关控制回路电源。因此在＃02启备变转为检修状态前应将1ZZJ（为＃4机快切卡提供I母线系统电压）用纸片垫住，同时将继电器YZJ-A、YZJ-B(供＃3机厂用电备用电源监察使用) 用纸片垫住，以保证运行人员操作＃01启备变作为＃3、＃4机厂用电备用电源时的备自投回路畅通。选择垫1ZZJ而不垫2ZZJ是因为在＃02启备变送电前可能需要腾空III母，利用母联3开关串代262开关对其进行充电和电流二次回路相量测试。

2 事件经过

2005年4月25日，＃02启备变高压侧262开关大修结束，由于此次大修更换了三相SF6 CT，因此＃02启备变在转为热备用前需腾空III母，用母联3开关串带262开关测相量。在运行人员腾空III母后合上262 III母刀闸的同时，运行于I母的＃1发电机掉闸，检查＃1发变组保护屏有“失磁t1”保护动作信号。

3 原因分析

这是一起由于电压互感器二次反充电造成保护动作的事件。通过电压互感器二次向不带电的母线充电称为反充电，对于220KV电压互感器，变比为220/0.1，停电的一次母线（III母）即使未接地，其阻抗（包括母线电容及绝缘电阻）虽然较大，假定为1MΩ，但从电压互感器二次侧看到的阻抗只有1000000/（2200）2≈0.2Ω，近乎短路，故反冲电流较大（反冲电流主要决定于电缆电阻及两个互感器的漏抗），将造成运行中的电压互感器二次侧小开关跳开或熔断器熔断。在＃02启备变停电前，将I母电压切换继电器1ZZJ用纸片垫住，在运行人员合262 III母刀闸前将纸片取下，但是1ZZJ继电器机构卡涩，闭合的接点并没有打开，运行人员合上262III母刀闸后III母电压切换继电器2ZZJ动作吸合，通过继电器1ZZJ和2ZZJ将I母二次电压和III母二次电压并列，I母二次电压通过III母PT二次向不带电的III母反充电，造成I母PT二次小开关跳开，220KV母线电压波动，此时运行于I母的＃1发电机运行状态为：有功205MW、无功21Mvar、转子电压224V，系统电压和转子电压均低于＃1发变组保护装置(南自WFBZ-01)中失磁保护低电压整定值，如图3。

此原理中系统电压没有TV断线判据，而且系统电压低，整定值没有设置门槛值，因此TV断线时保护装置可能会认为是系统电压低，此时＃1发电机所发无功较少，相应的转子电压较低，图中可以看出，系统电压低与转子电压低满足失磁t1保护的条件，加之失磁保护整定值Kf［2］=0.35偏低，造成＃1发电机解列。

4 整改措施

＃1发电机掉闸是由于WFBZ-01发变组保护装置失磁t1保护逻辑和整定值Kf的不合理造成的，为了设备的安全稳定运行，依据《华北电网调度管理规程》，及时对Kf进行重新整定（Kf=0.828），并联系南自公司改进了失磁保护原理，如图4：

新的失磁保护原理更趋于合理，无论机端电压低还是转子电压低必须同时满足阻抗圆判据保护才可以动作，并设置机端电压TV断线条件闭锁，避免由于TV断线而导致保护误动作。

第5篇：压电陶瓷范文

关键词：高压变电站；电气一次设计；注意问题

0 引言

随着经济的发展，对于电力供应的稳定性要求变得越来越高，这就直接促使我国农村和城市电网的建设进程得以不断加快，从而有效的拉动了内部需求，因此在这种发展形势下，高压变电站的数量以及相应的规模都开始不断的增加。所以就需要针对高压变电站当中电气一次设计所要注意的问题进行分析，并结合相应的有效方式来保证高压电供应的安全稳定性。

1 电气一次设计研究的必要性

在电气设备当中的主线路均被统称为一次线路，而针对一次显露的系统化设计操作行为则被统称为电气一次设计。而这其中主要进行设计的范围还是在变电站方面的电气设备以及主接线的选择方面，同时还包括了电气设备的摆放及布置等多方面的内容，这都是保障高压变电站能够真正正常运作和发展的重要部分。因此在真正的设计过程当中，就必须要以此来保证所设计方案的科学、实用以及精确性[1]。因此，在如今电力行业竞争发展越来越激烈的今天，大多数电力企业都进入了生存和发展的关键时期，所以在电力企业内部就必须要不断的提升其自身所具有的工作效益，并能够真正保障电力的有效供应，这样才能有效的提升电力企业在市场方面的竞争力，最终促使其更深入的生存和发展。所以，电气一次设计程度的高低和企业方面的生存发展有着非常密切的联系。

2 高压变电站一次设计中需要注意的问题

（1）高压变电站常规接线形式。对于高压变电站中电气设计的工作，主要需要考虑的还是在其中间变电站和终端变电站等多个方面。在前者的变电站中主要靠近高压百年电站方面的负荷核心处，并在这其中划分为两路直接进线，这样就真正实现了将电能转向低压用户的有效分配。但是要想真正实现这一分配的方式，主要需要借助两台主变来加以实现。而且在终端变电站当中的高压侧主接线的分配形式主要有单母线接线、内桥接线，还要线路的变压器组接线等等；

（2）主线接线设计。在变电站方面的主接线电器设计本身是电气设计当中的主要环节，所进行设计的过程都必须要结合电网当中的出线数量、电网地位以及设备的特点还有回路数等多个方面来加以确认。同时还必须要注意其供电可靠性、能源的节约以及电力运行的灵活性还有操作方面实现能源的节约。而且还必须要扩大相应的要求，以此来有效的实现高压变电站电力供应的安全稳定性[2]。从经济性方面的角度来分析，变电站方面的电气主接线的设计工作的开展主要目的也是为了能够方便后续的维修操作，从而实现成本的节约以及建设规模的扩大等。在电气设计当中，通常对于一次设备的选择除了需要保证接线方面的科学、安全性，还必须要最大限度的选择相对经济、合理化的线路以及电气设备等，而且对于变电站的占地面积，还有主接线的设计等多方面工作都必须要选择相对合理的方法和技术。结合高压变电站中电气接线的设计方面为主要案例来进行分析，通常在设计接线的过程中，都必须要采用相应的双、单母线这两种线路类型的完美配合。并以此来从接线的方式上直接选择相应的科学化的线路开关设计而出的规范标准，并通过断路器直接推出相应设备，最后将电气线路投入到其中直接使用最终形成变压器以及设备检修体系等，保障系统运行的安全性。结合以上原因来进行分析，就需要取消在高压侧出现的各种类型开关，因此在高压变电站的设计当中，也要取消那些侧进隔离的开关。

3 高压变电站电气防雷设计

在高压变电站中进行电气防雷设计，主要也是为了能够有效的避免受到直击雷或者雷电过电压的损害，而进行变电站电气一次设备的防雷防护设计主要有直击雷防护、接地防雷防护以及雷电过电压等等。其中直击雷保护主要是指在变电站中采用相应的屋顶避雷带来直接避免直击雷的侵害，这主要也是通过变电站中配电装置户内所布置的。而且在屋顶的避雷带也需要采用热镀锌扁钢这种特殊性材料[3]。而且还需要将其真正牵引到下部分的主接地网的安全连接来进行，而在雷电过电压的保护方面主要也是为了能够避免其线路侵入相应的雷电波而造成电压过高的情况，所以就必须要在高压进线和低压母线方面安装相应的避雷器。接地防雷的设计都必须要尽可能的布置在配电站之外的空地当中，而且还注意将接地极加以深埋，这就必须要注意在其大门处设置相应的主接地网连接的均压带。

4 高压变电站电气接地设计

在实际的变电站设计建造当中，为了能够真正有效的保障变电站电气一次设备的稳定运行，并有效的避免相应施工人员由于触电而引发的安全事故，通常都需要将电气设备的相关部分直接和大地产生有效的连接，也即是文中提到的电气接地设计。而且在电气的接地方面除了可以真正有效的防治其产生触电事故，同时也能够直接避免电气一次设备受到相应的机械性损害，最终有效的预防了其爆炸和火灾的出现。通常变电站中电气一次设备所进行的正常接地装置主要也是通过接地体和接地线两者共同组成，最为常用的接地体主要是自然接地体，可以将其划分为人工和自然两部分，相应的接地线通常都是使用圆钢或者是扁钢来进行。而且在变电所中的高压、低压配电室以及变压器室等都可以直接在室内采用扁钢材料直接练成一体。而关于接地电阻方面的计算值则都必须要充分的满足高压小接地系统当真的保护接地及低压电气设备的保护接地来进行电阻的计算。

5 结语

综上所述，高压变电站电气一次设计本身是一项系统化的工程，同时也是电力系统设计规划当中的主要部分。因此要想实现电气一次设计的有效性，不但需要成果的电气设计方案，同时还必须要注重在配电器、电气设备及接线方式方面的选择，这样才能真正有效的保障其所带来的经济和社会效益。

参考文献：

[1]黄兴.变电站改扩建过程中电气一次设计的探讨[J].科技创新与应用，2015（11）.

第6篇：压电陶瓷范文

关键词：智能巡视系统；智能变电站；远程监控

0 引言

由于变电站自动化水平日益提高，变电站二次保护作为联系继电保护装置、自动装置和断路器操作回路的桥梁，其作用至关重要。目前，变电站继电保护装置和自动装置出口压板及功能压板主要由人工投退并进行确认，在日常巡视时也只能依靠人工逐个保护屏检查，此种方式费时费力，而且变电站运行方式多样及保护压板数量众多，存在误投退、漏投退现象，可能导致保护误动及拒动。因此，需要从技术上给予保障和监督，及时地纠正压板投退与保护运行情况，保障电网安全运行。

为此，为解决二次保护巡视问题；应该建立一个智能压板检测系统，解决当前变电站压板投退复杂、误投误退等问题。

1 智能压板检测系统设计目标

1.1压板状态自动检测

实时监测模块包括每个保护屏中的二次压板对应的红外对射管。红外对射管包括红外发射管与红外接收管，并联接在集成控制模块，并汇总到一个交换机后通过以太网与后台智能压板监控机连接。为避免影响到二次压板回路，二次压板与红外对射管相对独立，无电联系，每个保护屏放置一个集成控制模块。

1.2压板状态实时快速反馈

由集成控制模块传输到后台监控机，接收保护屏压板信息，并运行智能压板在线监测及操作系统软件，实现实时检测、提醒压板变位的反馈功能。

1.3二次压板操作票自动生成

智能压板监测系统软件可实时检测所有保护屏二次压板的投退状态，还可以编写操作票，为便于以后查询数据，本软件还提供了压板异常报警信息查询功能，并可直接输出到EXCEL。

2 智能压板检测系统原理

智能压板检测系统目的是在不改变现时压板状态及不接入压板电流回路的前提下，提供一种变电站智能压板监测系统，能够对变电站二次压板投退状态进行自动、可视化的直观显示，在后台可以进行模拟操作并可自动生成操作票，使运行人员能远程在线监测二次压板状态并实时记录压板错误投退信息，减少运行人员巡视的时间。上述目的由以下技术方案实现：

1、保护屏内二次压板：图中状态为退出位置，用于连接二次回路中的出口回路与功能回路等，第一排压板命名为1LP1、1LP2…；第二排压板命名为2LP1、2LP2…，以此类推。

2.、红外对射管：由红外发射管与红外接收管组成，用于检测二次压板是否在投入位置，图中可检测出压板在退出位置。

3、集成控制模块：用于收集每个红外对射管的检测数据，每个保护屏均设置一个集成控制模块，每个保护屏相对独立，互不干扰。

4、网络交换机：用于汇总每个保护屏二次压板位置信息并上传至后台智能压板监控机。

5、以太网：用于连接网络交换机与后台智能压板监控机，后台智能压板监控机获取压板数据的桥梁。

6、后台智能压板监控机：主要包括智能压板在线监测及操作系统软件（软件下面介绍）。

7、保护屏1P：虚线框内为保护屏1P的接线图，包括多行的二次压板。本系统可在线监测全站的保护屏（nP）压板投退情况。

3 智能压板检测系统构成

3.1实时监测模块

实时监测模块包括每个保护屏中的二次压板对应的红外对射管。红外对射管包括红外发射管与红外接收管，并联接在集成控制模块，并汇总到一个交换机后通过以太网与后台智能压板监控机连接。为避免影响到二次压板回路，二次压板与红外对射管相对独立，无电联系，每个保护屏放置一个集成控制模块。

3.2.2集成控制模块

集成控制模块主要分为数据收集部分、数据处理部分和协议传输部分。数据收集部分由CD4051BE芯片负责对每组8位、共6组的保护屏数据进行收集汇总，数据处理部分是由STC厂家生产的工业级控制芯片89C52实现对数据的处理与分析，本集成控制模块则采用MAX485芯片负责对后台监控机传输数据。

3.2.3监控机

后台智能压板监控机为日常使用的普通台式电脑，用于接收保护屏压板信息，并运行智能压板在线监测及操作系统软件。

3.2.4系统监测软件

智能压板监测系统软件可实时检测所有保护屏二次压板的投退状态，还可以编写操作票，为便于以后查询数据，本软件还提供了压板异常报警信息查询功能，并可直接输出到EXCEL。

4 智能压板检测系统特点

1、合理的利用现有的平台资源，并在不影响现有系统的运行情况下开展项目。

2、独立巡视系统，在不影响现在设备的情况下开展系统检测

3、安装简易方便，无需更改现有二次设备配置情况

4、系统能准确地与后台监控机传输，能快速、及时、准确地放映二次压板状态变化情况。

5、对继电保护屏巡视能实现路线记录规划，提高效率，有效地防止重复巡视。

6、有助于推动定二次设备巡视的规范化管理。

5 智能压板检测系统试验成果

5.1、系统理论检测时间

采用测试保护屏核对，由于该系统采用STC工业控制芯片处理压板状态数据，数据传输波特率采用9600比特/秒，检测每一个压板的状态用时≤10毫秒，一般保护屏压板数量为48到60块，检测1个保护屏二次压板用时≤1秒；以东莞站测试保护屏压板为例计算，能在5秒内完成两个测试保护屏检测。

通过以上实例可清楚看到，完成1个测试保护屏智能压板监测在5秒以内。到目前为止项目小组成员已多次在测试保护屏实验成功，智能压板监测系统可准确快速地反映压板真实结果。智能压板监测项目的推广应用，将结束以往由运行人员人工检测的历史。

5.2系统投入使用前后对比

假定二次设备巡视工作在2人3分钟内可完成一套二次设备压板的核查工作，迎峰度夏时一个变电站需要核对150套装置，某地区共有155座变电站，以下得出智能压板检测系统投入使用前后对比数据对比：

成果推广后，二次设备可视化管理系统提高检查的精确度，并用智能压板监测系统替代值班员到现场检查，按东莞地区所有变电站核对定值计算，进行二次设备检查，共可节省1130小时/人，在极大的提高核查效率的同时，也减少了核查中人为失误的因素。

6 结论

二次保护屏检测项目的推广应用，由智能压板监测系统替代值班员到现场检查，将结束以往由运行人员人工检查的历史。尤其是随着监测系统进一步研究和推行，将改变变电人员的巡视方式，大大减少二次压板检测的时间，节省了变电站人员宝贵的时间。

为解决二次保护巡视独立研究了智能压板检测系统，解决当前变电站压板投退复杂、误投误退等问题，试验有效。系统能有效运行，提高了变电站二次设备的可靠性，值得继续深入研究推广。

参考文献

[1] 中国南方电网 变电运行管理标准 2004-06-01.

第7篇：压电陶瓷范文

关键词：压电陶瓷，掺杂，BNT，BKT

 

压电陶瓷的发现和发展距今已有50余年的历史，尤其是近20年来，压电陶瓷和压电器件的原材料有了很大的发展。压电陶瓷在信息、航天、激光和生物等诸多高新科技领域的应用甚广，这些应用主要是与这类材料具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备成各种形状和具有任意极化方向的特性紧密相连[1-3]。

目前，大规模使用的压电陶瓷仍然是传统的以PZT为基的多元系压电陶瓷，且在电子学、微电子学等诸多高科技领域得到广泛的应用，但这类陶瓷中的PbO(或Pb3O4)的含量约占原材料总重量的70%，难以制备致密陶瓷，且凭借当今的科技水平还不能使沉积在地表或游离于空气中的铅完全回收再利用，这将使得在制备、使用及废弃后的处理过程中，都会给人类和生态环境带来严重危害。随着近来各国环保战略的加强，无铅压电陶瓷的研发取得了很大的成绩，出现了很多具有实用前景的陶瓷体系，尤其钛酸铋钠系压电陶瓷更是受到当前各国科研工作者的青睐[4-9]。

然而，从近年来的研究进展可以看出，无铅压电陶瓷不可能马上替代铅基压电陶瓷在电子元器件的原材料使用上的主导地位，只有逐渐改善才是更为务实。因此，本论文根据ABO3钙钛矿型陶瓷的多元系复合原则，采用传统陶瓷制备技术和电子陶瓷工业用原料，制备了新型0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3体系压电陶瓷，并研究了该体系压电陶瓷的压电、介电、铁电性能。。

1.实验

本着实用化的目的，采用传统的陶瓷制备工艺技术，以Bi2O3、Na2CO3、K2CO3、TiO2为起始原料，根据0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3（简记为BNT-BKT）陶瓷体系的化学计量比进行配料，其中x分别为0，0.005，0.01，0.03，0.05。首先将原料混合物振动球磨12h，充分混合、粉碎后，然后在860～900°C下，经3h的预烧合成陶瓷粉体；合成后的陶瓷粉末充分研磨并过60目分样筛后，加入适量的粘结剂，造粒得到流动性好的颗粒；在一定压力下干压成型，获得厚度为1.0～1.5 mm、直径为 12.0 mm的生坯片；并在1140°C下、烧结4h得到致密的陶瓷片。将清洗好的陶瓷片用真空溅射仪镀上银电极，在硅油温度为80°C～100°C、极化直流电压为3.5 kV/mm～4.5 kV /mm的条件下极化20～30min，放置24h后，测试各项性能。用ZJ-3A准静态测量仪（中国科学院声学研究所）测量d33；采用HP4294A阻抗分析仪测量陶瓷样品的谐振频率、反谐振频率、谐振阻抗和电容，然后计算出陶瓷的机电耦合系数kp；用LCR数字电桥（TH2816A）在常温下测得1kHz时陶瓷样品的介电常数εr和介电损耗tanδ；采用RadiantPrecision Workstation铁电测试系统测试陶瓷样品的电滞回线。

2. 结果与讨论

2.1锰掺杂对压电性能的影响

图1 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷的压电常数d33和平面机电耦合系数kp与组分的关系图

图1为锰掺杂对BNT-BKT体系陶瓷的压电常数d33和平面机电耦合系数kp的关系图。不难发现，d33在掺杂量x=0.005时出现峰值，之后随着x值的增加而减小。平面机电耦合系数kP随着锰掺杂量x值的增大而增大，在x=0.005时kP达到最大值，之后又逐渐减小。。掺杂少量的锰提高了材料的压电常数，掺杂量进一步增加，压电常数出现了明显的下降。这是因为掺锰引起氧空位，一方面起到了烧结促进剂的作用，有利于晶粒的长大，然而压电常数受晶粒大小的影响随晶粒尺寸的增大而增大，所以可以提高陶瓷材料的d33值；另一方面，氧空位也阻碍了铁电畴壁的运动，又会降低d33的值。锰掺杂量较少时，晶粒尺寸长大占据主要地位，d33值随锰含量的增加而增大；而当锰含量进一步增加，氧空位增多，对铁电畴壁的阻碍作用增强，d33值随之减小，在这两种作用下，陶瓷材料的压电性能表现出随锰含量的增加先增大后减小的规律。

2.2锰掺杂对介电性能的影响

图2 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷的介电常数、介电损耗与组分的关系图

图2为BNT-BKT陶瓷的介电常数和介电损耗与组分的关系图。从图2可以看出：陶瓷的介电常数εr随着锰掺杂量x的增加而不断减小，当x=0.01时达到最小，之后随着锰的掺杂量的增加而逐渐增加。另外，图2也反映了锰掺杂量x和介电损耗tanδ之间的关系，由图中可以看出，介电损耗tanδ在x=0.005时最小，在出现峰值之后随着x的增加，介电损耗tanδ也不断增大。说明在本实验中，锰掺杂量为0.005时陶瓷的介电性能最好。综上所述，可以得到锰掺杂对介电性能影响的原因是当x≤0.005时，锰呈现硬性掺杂的作用，当x≥0.005时，由于晶粒过分长大，气孔增多，陶瓷不致密，因此致使样品的介电性能降低。

2.3锰掺杂对铁电性能的影响

图3 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷在室温下的电滞回线

图4 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷的剩余极化强度Pr和矫顽场强Ec 与组分的关系图

图3为BNT-BKT陶瓷在室温下的饱和电滞回线图，通常，饱和电滞回线是为了展示该体系陶瓷优良的铁电性能。从图3可以看出：在一个宽的组分范围内，获得了饱和的电滞回线展示了铁电性能。图4为锰的掺杂量对剩余极化强度Pr和矫顽场强Ec的影响关系图。不难发现，Pr随着锰掺杂量的增加而减小。锰掺杂使样品的剩余极化强度明显下降，体现了明显的受主掺杂的特点。。矫顽场强Ec在锰掺杂量x=0.03时达到最值2.43kV/mm，此时的剩余极化强度为4.54μC/cm2，之后随着锰的掺杂量的增大而减小，表明添加锰可以降低矫顽场强，使压电性能得以充分体现。

3.结论

(1) 对0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3无铅压电陶瓷锰掺杂的改性研究表明：掺杂为受主掺杂的特性，锰离子主要以+2、+3价对材料进行硬性取代，产生氧空位，使陶瓷变“硬”，导致介电常数d33变小，机电耦合系数kp变小，剩余极化强度Pr显著降低，机械品质因数Qm有所增加。(2) 本实验利用固态氧化物为原料，采用传统的固相反应法进行陶瓷粉体的制备，并采用压制成形工艺制备出0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3陶瓷,进行锰的掺杂实验，实验中不断研究其新的掺杂量,以期达到最优配比。从而得出在锰掺杂量占陶瓷总物质的量的0.005时，陶瓷的压电、介电、铁电性能较优。

参考文献：

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第8篇：压电陶瓷范文

关键词：铁电材料；电阻抗法；复合材料

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.182

1 压电材料应用前景

在19世纪80年代，英国物理学家居里兄弟在一次实验过程中，偶然反现了压电材料。1881年，物理学家根据热力学三定律，发现了逆压电效应。但是在应用研究上并没有得到实际的应用于进展。直到1954年，美国科学家发现了PbZrO3一PbTiO3固溶体（也称压电陶瓷）[1]，这种材料不仅具有优异的压电性和良好的稳定性，还具有巨大的工程使用价值，使得研制出压电片成为可能。随着科学家发现了一种性能更加优异的压电材料―压电陶瓷，压电陶瓷的出现在压电学的发展中具有划时代的意义，奠定了压电材料应用基础。压电陶瓷在使用的过程中具有很高的灵敏度。可以实现把微弱的电信号（微弱的振动信号）转变为相应的位移信号（电信号），这种材料广泛用于可海上声纳系统、天气预报、家用电器制造等行业。地震是危害非常大的，而且产生地震的根源位于地球内部深处，所以准_预报出地震发生时间和位置是非常困难的，目前的科学技术是不能够达到这一水平的，这个问题一直以来困扰着科学家。压电陶瓷对外界的振动或者压力是非常敏感的，甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀的振动信号。如果用它作为制造地震仪的基本感应元件，就可以比较灵敏准确检测地震的强度，指示出地震的方位和距离。随着科学技术的发展，本人相信压电元件在地震预测中会发挥重要的作用。

2 传统无损检测技术简介及缺点

传统无损检测技术存在很多缺点：必须提前确定损伤出现的大致位置；要求被测机器停止运行，这不仅降低了生产效率，耗费时间，而且增加了成本。传统无损检测技术对于一些大型结构特别是比较复杂的大型结构无法进行检测等，从而大大限制了其应用范围。X射线在检测分层时也受到上述限制；CT照相法对人体有害、操作者必须经过专门培训；超声法的信噪比低，不易分辨；微波法对较小缺陷不敏感；超声C扫描无法识别薄板中的缺陷，检测效率较低；表面渗透无法检测复合材料的分层缺陷，这大大限制了该技术的应用；红外热波成像受环境温度、缺陷位置和缺陷性质的影响较大；此时，高的频率可以限制传感区域，使损伤对振动信号的影响同远端边界条件的影响分开，这就更有利于对关键结构的检测。可以看出与其他传统的无损检测技术比较，阻抗分析法无损检测技术除了具有操作简便，测量精度高的优点，可以实现微小裂纹的无损检测。

3 压电无损检测技术基本原理及优势

压电无损检测技术在航空航天、纺织业、建筑业等部门有着很大的发展前景[2-4]。该方法利用正、逆压电效应，通过测量电阻抗参数来实现对结构内部损伤的检测。图1给出了压电-电阻抗无损检测技术工作原理，将压电陶瓷片粘贴固定在被测构件上，同时对压电片施加正弦或者余弦扫描激励电压信号，当试验材料内部出现微小裂纹或者缺陷时，其机械阻抗就跟着发生变化，从而影响附着构件上压电陶瓷片的电阻抗值的变化对压电片电阻抗值进行测量，同时将测量的数据与健康的试件测量的阻抗数值进行比较，就能确定试件是否发生损伤或内在安全隐患。

电阻抗（EMI）是压电效应在结构诊断方面的典型应用[5]。压电激振电阻抗技术可用于导电复合材料的损伤检测，也可检测工件的内部损伤缺陷（裂纹、脱胶、分层和纤维断裂等）[6，7]。此技术有如下特点： 1.阻抗技术可以实现对大型结构的无损检测；2.工作的频率范围比较宽，对初期损伤非常敏感，可以实现微小裂纹的无损检测；3.压电片既作传感器又作驱动器，提高了传感器使用效率，节省了成本；4.压电陶瓷的体积比较小，进行阻抗分析时，对整体结构物理和机械特性不会产生明显影响，可以实现结构在线测量，提高了生产效率。

参考文献：

[1]李远，秦自楷，周志刚编著.压电与铁电材料的测量[M].科学出版社，1984，09（01）.

[2]齐共金，雷洪，耿荣生，景鹏.国外航空复合材料无损检测技术的新进展[J].航空工业与维修，2008（05）.

[3]蒋荟，杨晓华.航空复合材料结构无损检测技术[M].[会议论文]， 2006（02）.

[4]耿荣生，郑勇.航空无损检测技术发展动态及面临的挑战[J].无损检测，2002（01）.

[5]芮延年，刘文杰，郭旭红等.基于压电阻抗的设备结构健康智能诊断[J].中国制造业信息化，2003，32（08）：122-124.

[6]冯伟.应用于结构健康监测的压电阻抗技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2007.

第9篇：压电陶瓷范文

1、无机压电材料。分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。

2、有机压电材料。又称压电聚合物，如偏聚氟乙烯(PVDF)(薄膜)及其它为代表的其他有机压电(薄膜)材料。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，现在水声超声测量，压力传感，引燃引爆等方面获得应用。

3、复合压电材料。这类材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料而构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。

以上就是对于压电材料有哪些种类的介绍，网友们明白了吗？

（来源：文章屋网 ）