長(zhǎng)春理工大學(xué)第五屆挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽作品申報(bào)書

1、附件1：長(zhǎng)春理工大學(xué)第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽作品申報(bào)書 作品名稱： 一種基于雙壓電耦合技術(shù)的傳感器設(shè)計(jì)及其制備 學(xué)院全稱： 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 申報(bào)者代表姓名： 李曉 類別：自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文哲學(xué) 經(jīng)濟(jì) 社會(huì) 法律 教育 管理科技發(fā)明制作A類科技發(fā)明制作B類說 明1申報(bào)者應(yīng)在認(rèn)真閱讀此說明各項(xiàng)內(nèi)容后按要求詳細(xì)填寫。2申報(bào)者在填寫申報(bào)作品情況時(shí)只需根據(jù)個(gè)人項(xiàng)目或集體項(xiàng)目填寫A1或A2表，根據(jù)作品類別（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文、哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文、科技發(fā)明制作）分別填寫B(tài)1、B2或B3表。所有申報(bào)者可根據(jù)情況填寫C表。3表內(nèi)項(xiàng)目填寫時(shí)

2、一律用鋼筆或打印，字跡要端正、清楚，此申報(bào)書可復(fù)制。4學(xué)術(shù)論文、社會(huì)調(diào)查報(bào)告及所附的有關(guān)材料必須是中文（若是外文，請(qǐng)附中文本），請(qǐng)以四號(hào)楷體打印在A4紙上，附于申報(bào)書后，字?jǐn)?shù)在8000字左右（文章版面尺寸14.5×22cm）。5確定參賽作品類別后除需要填寫表格外其余表格自行刪除。 A2申報(bào)者情況（集體項(xiàng)目）說明：1.必須由申報(bào)者本人按要求填寫。 2.申報(bào)者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列。 3.本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者情況的確認(rèn)。申報(bào)者代表情況姓名李曉性別男出生年月1996.11學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院系別、專業(yè)、年級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程，1508112學(xué)歷本科學(xué)制

3、四年入學(xué)時(shí)間2015.9作品名稱一種基于雙壓電耦合技術(shù)的傳感器設(shè)計(jì)及其制備聯(lián)系方-mail1282095819其他作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所在單位張莉女18本科長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院馮興家男19本科長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院王春偉男19本科長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 劉佳美女 19本科長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 資格認(rèn)定學(xué)院學(xué)籍管理部門意見以上作者是否為2014年7月1日前正式注冊(cè)在校的全日制非成人教育、非在職的?？粕⒈究粕?、碩士研究生。是否 （部門簽章）年 月 日院系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖姳咀髌肥欠駷檎n外學(xué)術(shù)科技或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)成果。是否負(fù)責(zé)人簽名：年 月

4、日B3申報(bào)作品情況（科技發(fā)明制作）說明：1必須由申報(bào)者本人填寫； 2本部分中的科研管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者所填內(nèi)容的確認(rèn)； 3本表必須附有研究報(bào)告，并提供圖表、曲線、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖（照片），也可附鑒定證書和應(yīng)用證書； 4作品分類請(qǐng)按照作品發(fā)明點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)所在類別填報(bào)。作品全稱一種基于雙壓電耦合技術(shù)的傳感器設(shè)計(jì)及其制備 作品分類（A）A機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控制、工程、交通、建筑等）B信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等）C數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化

5、工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)一、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的 (1)雙壓電耦合式傳感技術(shù)與弱目標(biāo)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確輸出和抗干擾能力強(qiáng)的雙壓電耦合式傳感測(cè)試技術(shù)；(2)通過分析壓電材料的耦合特性，通過壓電陶瓷制作工藝的合理選擇、關(guān)鍵零部件的優(yōu)化處理，解決傳統(tǒng)壓電傳感器抗干擾能力低的難題；(3)分析雙壓電耦合式傳感器的工作特性，提出了基于壓電信號(hào)測(cè)試的精度修正方法，以解決雙壓電耦合式傳感器應(yīng)用于復(fù)雜多變的測(cè)試環(huán)境等難題。二、作品的基本思路1、雙壓電耦合式傳感器設(shè)計(jì)的總體方案：本項(xiàng)目所研制的雙壓電耦合式傳感器是結(jié)合傳統(tǒng)壓電傳感技術(shù)和信號(hào)測(cè)試分析技術(shù)特點(diǎn)，通過壓電

6、陶瓷的正壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)相結(jié)合的方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)試，雙壓電耦合式傳感器設(shè)計(jì)方案由圖1給出。該傳感器包括：1微型探針、2壓電石英晶體緊固上壓蓋、3輸出單元、4機(jī)械振動(dòng)傳導(dǎo)柱、5壓電石英晶體緊固支撐座、6反饋單元、7壓電石英晶體緊固下壓蓋、8安裝支撐定位壓蓋、9彈性構(gòu)件、10安裝支撐定位底座，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中微型探針是由絕緣樹脂材料制成，與置于下方的壓電陶瓷表面進(jìn)行膠粘，探針直接觸液用于檢測(cè)；壓電陶瓷晶體緊固結(jié)構(gòu)由上壓蓋、支撐座及下壓蓋形成緊固的方式接合而構(gòu)成，壓電陶瓷晶體緊固結(jié)構(gòu)材料均采用絕緣樹脂材料；將兩個(gè)壓電陶瓷晶體置于壓電陶瓷晶體緊固結(jié)構(gòu)內(nèi)，二者與機(jī)械振動(dòng)傳導(dǎo)柱

7、進(jìn)行膠接，引線焊接于壓電陶瓷晶體表面引腳上；機(jī)械振動(dòng)傳導(dǎo)柱是用來在兩個(gè)壓電陶瓷晶體之間傳遞機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)傳導(dǎo)柱材料采用絕緣樹脂材料；彈性構(gòu)件連接到所述安裝支撐定位構(gòu)件與壓電陶瓷晶體緊固結(jié)構(gòu)之間，有效的較少外界振動(dòng)對(duì)傳感器精度的影響，該傳感器的工程圖如圖2所示。本項(xiàng)目利用壓電陶瓷晶體的壓電效應(yīng)，把被測(cè)物理量直接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，同時(shí)考慮到壓電陶瓷晶體頻率穩(wěn)定性好，精度高及適用頻率范圍寬，靈敏度高、分辨率高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于雙壓電耦合技術(shù)的傳感器，并且本傳感器具有自動(dòng)測(cè)量程度高、長(zhǎng)距離輸出、精度高、可靠性好、便于攜帶及低成本等特點(diǎn)，該傳感器實(shí)物圖如圖3所示。圖1 雙壓電耦合式傳感器設(shè)計(jì)方案

8、 圖2 雙壓電耦合式傳感器的工程圖 圖3 雙壓電耦合式傳感器的的實(shí)物圖2、雙壓電耦合式傳感器測(cè)試系統(tǒng)的總體方案：本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的雙壓電耦合式傳感器測(cè)試系統(tǒng)總體方案如圖4所示。該測(cè)試系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)字示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及自行研制的雙壓電耦合式傳感器，其工作原理為由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與函數(shù)信號(hào)發(fā)生器共同將帶有激勵(lì)源的信號(hào)施加在雙壓電耦合式傳感器上，使其正常工作，利用示波器檢測(cè)傳感器的反饋信號(hào)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，經(jīng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的修正，搭建原理系統(tǒng)如圖5所示。圖4雙壓電耦合式傳感器研制的總體方案圖5 檢測(cè)系統(tǒng)總體方案的實(shí)物圖三、作品的創(chuàng)新點(diǎn)1、解決被測(cè)系

9、統(tǒng)微弱目標(biāo)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確輸出問題；2、填補(bǔ)國(guó)內(nèi)、外雙壓電耦合技術(shù)空白；3、研制的傳感器具有自動(dòng)測(cè)量程度高、長(zhǎng)距離輸出、精度高、可靠性好、便于攜帶及低成本等特點(diǎn)。四、技術(shù)關(guān)鍵1、雙壓電耦合的傳感技術(shù)；2、對(duì)傳感器基于ANSYS的熱結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)；3、通過改變陶瓷片的組合提高傳感器的靈敏度。五、主要技術(shù)指標(biāo)1、頻率準(zhǔn)確度: ±100Hz；2、溫度穩(wěn)定度:室溫±1；3、重復(fù)測(cè)量的精度: ±0.5。作品的科學(xué)性先進(jìn)性（必須說明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請(qǐng)?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說明和參考文獻(xiàn)資料）一、作品的科學(xué)性先進(jìn)性從查閱的資料看出，目前

10、國(guó)內(nèi)外對(duì)壓電傳感技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，發(fā)展較為迅速，應(yīng)用可靠性也較高，但相對(duì)于其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的深入研究，已有的壓電傳感器就顯現(xiàn)出了一些技術(shù)缺陷，尤其在實(shí)現(xiàn)較弱目標(biāo)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確輸出時(shí)仍存在較大的技術(shù)難題，其關(guān)鍵問題在于，對(duì)實(shí)際應(yīng)用的壓電傳感器抗干擾能力要求很高，但用于被測(cè)系統(tǒng)自身的抗干擾能力與壓電材料的制作技術(shù)和手段卻相對(duì)落后，即壓電傳感器自身的一些性質(zhì)不能得到保證，因此可以看出，壓電傳感器自身的設(shè)計(jì)及壓電材料制備技術(shù)很大程度的約束了其自身的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)本項(xiàng)目開展的雙壓電耦合式傳感技術(shù)研究勢(shì)必成為此領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)研究與應(yīng)用的一個(gè)重要課題。二、參考文獻(xiàn)資料如下：1、潘玉安，曹榮祥，曹良足，范躍農(nóng)

11、，胡鴻豪；壓電陶瓷傳感器靈敏度的研究；壓電與聲光期刊；2005（04）。2、 吉德三；壓電陶瓷金屬雙迭片彎曲型壓電傳感器諧振頻率研究；華中科技大學(xué)；2005（04）。3、 吳擁真；微型壓電陶瓷傳感器拾取聲學(xué)信號(hào)的實(shí)驗(yàn)研究；復(fù)旦大學(xué)；2009（04）。4、 梁麗娉；壓電陶瓷傳感器力學(xué)模型理論與試驗(yàn)研究；沈陽(yáng)建筑大學(xué)；2010（12）。5、 王澤偉；防水式壓電陶瓷傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用；壓電與聲光期刊；2012（03）。6、 杜菲，馬天兵；基于無(wú)線技術(shù)的壓電陶瓷傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究；化工自動(dòng)化及儀表期刊；2014（01）。7、 余曉，周新志，代前國(guó)；基于壓電陶瓷的磁致伸縮位移傳感器建模分析；儀表技術(shù)與傳

12、感器期刊；2016（01）。8、 鄒定華，馬保國(guó)，蘇曉萍；基于壓電陶瓷的交通傳感器的輸出特性研究；武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)；2011（02）。9、 高棟，姚英學(xué)，袁哲??；壓電陶瓷傳感器二維微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)研究；組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)；2001（01）。10、 閻石，梁麗娉，王秋婧，蒙彥宇，趙乃志；埋入式壓電陶瓷傳感器力學(xué)模型及試驗(yàn)驗(yàn)證；沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)；2012（01）。11、 李旭；基于壓電陶瓷傳感器寬頻響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別；大連理工大學(xué)；2015（12）。12、 門秀花，李舜酩；壓電傳感器穩(wěn)定性的仿真分析；傳感器與微系統(tǒng)；2016（10）。13、 陳偉民，管德，諸德超，李敏；壓電陶

13、瓷晶片受迫振動(dòng)分析及應(yīng)用；北京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)與應(yīng)用力學(xué)系；2001（02）。14、 趙壽根，程偉；壓電陶瓷材料電學(xué)性能參數(shù)測(cè)量研究；壓電與聲光；2005（04）。15、 劉相果，程晉明，祁雙喜，曾祥明，劉光聰；基于壓電陶瓷的平面陣列式壓力傳感器研究；壓電與聲光；2009（06）。16、 陳劍，杜慧玲，史翔；基于無(wú)鉛壓電陶瓷諧振傳感器的振動(dòng)耦合分析；壓電與聲光；2015（06）。作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評(píng)審、鑒定、評(píng)比、展示等活動(dòng)中獲獎(jiǎng)及鑒定結(jié)果尚無(wú)。作品所處階 段（ A ）A實(shí)驗(yàn)室階段 B中試階段 C生產(chǎn)階段D （自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式預(yù)計(jì)技術(shù)入股形式合作作品可展示的形 式實(shí)物、產(chǎn)

14、品 模型 圖紙 磁盤 現(xiàn)場(chǎng)演示圖片 錄像 樣品使用說明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)一、 使用說明本產(chǎn)品使用時(shí)應(yīng)從輸入端輸入1KHz的激勵(lì)源，通過示波器顯示探針的振動(dòng)頻率來進(jìn)行一系列物理量的測(cè)定。二、作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)本項(xiàng)目基于現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，考慮到壓電陶瓷晶體頻率穩(wěn)定性好，精度高及適用頻率范圍寬，而且體積小、不吸潮、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，利用壓電陶瓷晶體振動(dòng)頻率對(duì)其表面質(zhì)量負(fù)載(質(zhì)量效應(yīng))和反應(yīng)體系物理性狀如密度、粘度、電導(dǎo)率(非質(zhì)量效應(yīng))等的改變具有高度敏感的特性，可以將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳飳W(xué)

15、處理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建出具有ng 級(jí)檢測(cè)能力的雙壓電耦合式傳感器。該傳感器具有自動(dòng)測(cè)量程度高、長(zhǎng)距離輸出、精度高、可靠性好、便于攜帶及低成本等特點(diǎn)。三、作品的推廣前景的技術(shù)性說明及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)預(yù)測(cè)本作品對(duì)壓電陶瓷晶體緊固件合理布局，有利于空氣定向流動(dòng)，減少氣流對(duì)檢驗(yàn)的影響，且壓電陶瓷晶體緊固件具有絕緣和電磁屏蔽的功能，消除客觀因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；本發(fā)明專利設(shè)計(jì)了圓形彈性構(gòu)件，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗震功能，最大程度的減小機(jī)械振動(dòng)，減小外界對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；本發(fā)明專利體積小、重量輕、方便攜帶，外觀設(shè)計(jì)大方，方便后期傳感器升級(jí)及用于其他測(cè)試裝置。由于本作品有以上的技術(shù)性優(yōu)勢(shì)，所以在生物工程、醫(yī)藥學(xué)、環(huán)

16、境工程、毒理研究、化學(xué)工程及能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，發(fā)展動(dòng)力突出，能為將來市場(chǎng)開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化能力。專利申報(bào)情況提出專利申報(bào)申報(bào)號(hào) 201610895109.5 申報(bào)日期 2016 年 10 月 14 日已獲專利權(quán)批準(zhǔn) 批準(zhǔn)號(hào) 批準(zhǔn)日期 年 月 日 未提出專利申請(qǐng)專家評(píng)審委員會(huì)意見 專家簽字： 年 月 日C.當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類課題研究水平概述說明：1.申報(bào)者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評(píng)審。壓電陶瓷傳感器靈敏度的研究由于具有壓電效應(yīng)，壓電陶瓷能直接將非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏客瑫r(shí)它的壓電常數(shù)可通過調(diào)整配方組成或改變陶瓷片的組合方式而得到大幅度提高，從而可有效地

17、提高它的靈敏度，因此，以壓電陶瓷作敏感元的傳感器越來越受到人們的重視。簡(jiǎn)單介紹了壓電傳感器的基本原理及構(gòu)成，分別從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面，詳細(xì)討論了影響壓電傳感器靈敏度的因素，在此基礎(chǔ)上得出了提高靈敏度的有效方法。壓電陶瓷金屬雙迭片彎曲型壓電傳感器諧振頻率研究本文從壓電陶瓷-金屬雙迭片壓電振子的力學(xué)特性出發(fā)，在忽略輻射阻尼和損耗的條件下，將邊緣固定的壓電陶瓷-金屬雙迭片壓電振子視為邊緣固定的、中間部分為壓電陶瓷-金屬雙迭片的薄圓板，導(dǎo)出在滿足薄板小撓度變形和軸對(duì)稱的條件下壓電振子彎曲位移的一般解。由薄板小撓度變形和軸對(duì)稱的條件下壓電振子彎曲位移的一般解求得壓電陶瓷-金屬雙迭片彎曲型壓電傳感器的諧振頻

18、率。此外，本文對(duì)沿周邊部分固支部分簡(jiǎn)支圓板固有模態(tài)的半解析計(jì)算方法進(jìn)行分析。這種方法對(duì)研究存在約束缺陷的壓電陶瓷金屬雙迭片彎曲型壓電傳感器的動(dòng)態(tài)特性有一定的指導(dǎo)作用。微型壓電陶瓷傳感器拾取聲學(xué)信號(hào)的實(shí)驗(yàn)研究篩選最小規(guī)格的具有良好聲信號(hào)拾取能力的壓電陶瓷雙晶片。本實(shí)驗(yàn)組測(cè)試的最小規(guī)格PCBE(2.0×1.0×0.3mm)也能具有良好的信號(hào)拾取能力。本部分研究采用不同規(guī)格的PCBE，與放大降噪微型系統(tǒng)直接組裝成9個(gè)規(guī)格的系列簡(jiǎn)易微型壓電陶瓷傳感器進(jìn)行體外測(cè)試，了解其信號(hào)拾取能力，并篩選出能良好拾取信號(hào)的較小規(guī)格傳感器，耦合于聽骨鏈將聽骨振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。壓電陶瓷傳感器力學(xué)模

19、型理論與試驗(yàn)研究本論文的目的是建立一種PZT傳感器的力學(xué)模型，并進(jìn)行參數(shù)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。分別以單片PZT晶體、粘貼式與埋入式傳感器為主要研究對(duì)象，利用壓電方程與振動(dòng)方程，建立PZT傳感器的力學(xué)模型。通過選擇恰當(dāng)?shù)募?lì)荷載對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)，對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析以實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)信號(hào)、膠層厚度、PZT面積、混凝土邊界條件等問題的影響進(jìn)行了探討。通過與理論推導(dǎo)的傳感模型對(duì)比，驗(yàn)證了運(yùn)用所建立的傳感模型能夠有效地模擬檢測(cè)PZT的傳播和接收的規(guī)律。防水式壓電陶瓷傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用介紹了壓電陶瓷傳感器的主要性能參數(shù)和工作原理，探討了影響壓電陶瓷傳感器工作的主要因素，分析相對(duì)濕度對(duì)壓電陶瓷傳感器的影響，提出了多種防水方

20、案，并針對(duì)其在亞麻緊密紡細(xì)紗機(jī)斷紗檢測(cè)器上的應(yīng)用情況，成功解決了其防水問題。 基于無(wú)線技術(shù)的壓電陶瓷傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究壓電陶瓷傳感器被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中，其狀態(tài)的正常與否直接影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為克服傳統(tǒng)用有線來監(jiān)測(cè)傳感器狀態(tài)中存在的可靠性差、傳輸距離短的缺點(diǎn)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別技術(shù)存在的實(shí)時(shí)性問題，提出以LabVIEW為平臺(tái)，集合nRF905無(wú)線模塊、51系列單片機(jī)、串口通信技術(shù)來設(shè)計(jì)一種新型的壓電陶瓷傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)證明該方法能有效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并具有良好的實(shí)時(shí)性?；趬弘娞沾傻拇胖律炜s位移傳感器建模分析對(duì)基于壓電陶瓷的磁致伸縮位移傳感器進(jìn)行建模與分析。通過磁極化強(qiáng)度模

21、型，分析了彈性波機(jī)理。以波導(dǎo)絲和壓電陶瓷拾音器為討論核心，綜合運(yùn)用彈性波振動(dòng)模型、磁機(jī)耦合關(guān)系、壓電效應(yīng)等理論，推導(dǎo)了傳感器系統(tǒng)的磁機(jī)耦合模型及電壓輸出模型，表明了系統(tǒng)結(jié)果主要與磁場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖電流、距離、材料參數(shù)等有關(guān)。通過搭建以壓電陶瓷作拾音器的磁致伸縮位移傳感器系統(tǒng)，比較模型數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了系統(tǒng)模型的合理性，為磁致伸縮位移傳感器的研究提供了理論參考。 基于壓電陶瓷的交通傳感器的輸出特性研究設(shè)計(jì)并制備了以PZT、PLMN壓電陶瓷為敏感材料的交通傳感器，比較研究了單調(diào)荷載、疲勞荷載作用下的輸出特性，以及荷載作用時(shí)間、環(huán)境溫度對(duì)兩種傳感器輸出的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然兩種傳感器在

22、疲勞荷載后應(yīng)力-輸出電壓輸出特性和初始時(shí)比較基本沒有變化，但基于PZT型壓電陶瓷的交通傳感器在-2060溫度范圍內(nèi)輸出與荷載有很好的線性關(guān)系，且在荷載作用時(shí)間小于0.1 s時(shí)輸出受荷載作用時(shí)間影響小，因此具有更好的輸出特性。壓電陶瓷傳感器二維微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)研究通過試驗(yàn)對(duì)壓電陶瓷傳感器 (PZT)驅(qū)動(dòng)的二維微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究 ，并給出了壓電陶瓷傳感器驅(qū)動(dòng)電源及微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案和性能。切削實(shí)驗(yàn)表明 ，采用二維微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)能有效提高加工精度。埋入式壓電陶瓷傳感器力學(xué)模型及試驗(yàn)驗(yàn)證目的驗(yàn)證采用集總質(zhì)量法建立PZT晶體簡(jiǎn)化傳感模型并進(jìn)行數(shù)值模擬的正確性。方法以壓電陶瓷晶體為研究對(duì)象，以壓電

23、本構(gòu)方程為出發(fā)點(diǎn)，推導(dǎo)出PZT傳感器正壓電效應(yīng)的電荷表達(dá)式，進(jìn)行簡(jiǎn)諧荷載激勵(lì)下傳感效應(yīng)數(shù)值分析及試驗(yàn)驗(yàn)證.結(jié)果根據(jù)壓電方程和振動(dòng)方程建立的智能骨料的傳感力學(xué)模型與試驗(yàn)誤差為12.18%，在工程應(yīng)用中是可行的。PZT片在混凝土包圍下作用力越大，傳感信號(hào)也越大。PZT主要沿軸向振動(dòng)，在徑向受力較小基本忽略，骨料的徑向尺寸對(duì)PZT信號(hào)影響不大證明了運(yùn)用所建立的傳感模型能夠有效地模擬檢測(cè)PZT的正壓電規(guī)律，同時(shí)PZT片的電壓輸出特性與作用力的大小、PZT尺寸以及邊界條件有關(guān)。結(jié)論在PZT傳感模型中，由壓電方程和振動(dòng)方程的聯(lián)合求解，可以快速得到PZT的傳感信號(hào)，通過試驗(yàn)對(duì)比證明了力學(xué)模型的正確性?；趬?/p>

24、電陶瓷傳感器寬頻響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別本文進(jìn)行了基于壓電陶瓷傳感器在300kHz內(nèi)寬頻響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)研究，主要內(nèi)容如下：(1)針對(duì)粘貼式壓電陶瓷傳感器與結(jié)構(gòu)的耦合體系，提出了一種“壓電陶瓷粘結(jié)層被測(cè)結(jié)構(gòu)”考慮層狀介質(zhì)剪切應(yīng)變傳遞的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型。(2)分析了寬頻激勵(lì)下，嵌入式壓電陶瓷傳感器的動(dòng)態(tài)性能，提出了一種“保護(hù)層防水層壓電陶瓷”結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型。(3)分析了壓電陶瓷傳感器低頻響應(yīng)“拍”信號(hào)的形成機(jī)理，通過旋轉(zhuǎn)矢量法分析了結(jié)構(gòu)的阻尼效應(yīng)、荷載沖擊方向、傳感器位置對(duì)“拍”信號(hào)的影響。根據(jù)壓電陶瓷傳感器“拍”信號(hào)，提出了一種荷載沖擊方向的識(shí)別方法，并通過懸臂鋼柱的沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性

25、。(4)提出了一種應(yīng)用壓電陶瓷傳感器低頻應(yīng)力響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法，即基于互相關(guān)函數(shù)幅值和支持向量機(jī)的損傷識(shí)別方法，該方法僅需要壓電陶瓷傳感器測(cè)得的結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)信號(hào)，且適用于任意荷載激勵(lì)。(5)基于壓電陶瓷傳感器寬頻響應(yīng)特性，提出了一種應(yīng)用壓電陶瓷傳感器低頻的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)和高頻聲發(fā)射信號(hào)的多功能監(jiān)測(cè)方法。壓電傳感器穩(wěn)定性的仿真分析針對(duì)傳感器測(cè)量高溫體振動(dòng)信號(hào)的穩(wěn)定性問題，提出了將溫度與結(jié)構(gòu)特性相結(jié)合的仿真方法，討論了溫度場(chǎng)對(duì)壓電陶瓷傳感器穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。根據(jù)壓電陶瓷的正逆壓電效應(yīng)，采用ANSYS軟件進(jìn)行有限元仿真，得出了傳感器穩(wěn)定工作的頻率范圍和固有頻率隨溫度變化的規(guī)律，并獲得了固有頻率

26、和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換特性相對(duì)穩(wěn)定的溫度范圍，由此為理論和試驗(yàn)分析提供了依據(jù)。分析實(shí)例體現(xiàn)了所采用的數(shù)值仿真方法在壓電陶瓷傳感器穩(wěn)定性分析中的有效性和實(shí)用性。壓電陶瓷晶片受迫振動(dòng)分析及應(yīng)用從基本壓電方程出發(fā) ，推導(dǎo)了壓電陶瓷晶片面內(nèi)受迫振動(dòng)計(jì)算公式 ，并結(jié)合共振實(shí)驗(yàn) ，提出了一種直接測(cè)量壓電陶瓷晶片壓電常數(shù)的方法 .與傳統(tǒng)的壓電常數(shù)測(cè)量方法相比較 ，本方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。由于減少了中間環(huán)節(jié) ，測(cè)量結(jié)果的精度也得到了提高。壓電陶瓷材料電學(xué)性能參數(shù)測(cè)量研究從雙層壓電梁在電場(chǎng)作用下的位移響應(yīng)與電場(chǎng)的關(guān)系式出發(fā)，借助于試驗(yàn)數(shù)據(jù)逆推導(dǎo)出壓電陶瓷材料的電學(xué)性能參數(shù)。位移響應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用非接觸激光測(cè)振儀得到。該文方

27、法相對(duì)壓電參數(shù)測(cè)量的靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)線路傳輸法和動(dòng)態(tài)電容法減少了許多中間測(cè)量環(huán)節(jié)和等效處理手段，且易于具體實(shí)施，相對(duì)于動(dòng)態(tài)位移法又有更好的精度，為壓電陶瓷類材料電學(xué)性能參數(shù)測(cè)量提供了一種全新的測(cè)量方法?；趬弘娞沾傻钠矫骊嚵惺綁毫鞲衅餮芯坷脡弘娞沾杉夹g(shù)，設(shè)計(jì)并制備整體式多陣列壓力傳感器，并用于爆炸沖擊波壓應(yīng)力的測(cè)試。結(jié)果表明，陣列傳感器可測(cè)試爆炸沖擊波的壓應(yīng)力及其分布、體密度分布、面密度分布等參數(shù)，其靜態(tài)電容分布偏差小于±1%，壓電常數(shù)d33分布偏差小于±3.3%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率約為2.3MHz，沖擊破壞閾值為100MPa量級(jí)。基于無(wú)鉛壓電陶瓷諧振傳感器的振動(dòng)耦合分析針對(duì)0.

28、8NBT-0.2KBT無(wú)鉛壓電陶瓷應(yīng)用于諧振式傳感器，研究其薄方片振子厚度伸縮振動(dòng)與其他振動(dòng)的耦合情況，通過計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)分析其在微天平傳感器上的應(yīng)用性。確定峰形激發(fā)最高、耦合最小的壓電振子長(zhǎng)厚比為9.51，與同尺寸石英晶體微天平(QCM)相比，該諧振體應(yīng)用于傳感器理論靈敏度降低70.1%，理論有效測(cè)量范圍提高129%。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，與現(xiàn)存在的傳感器相比較，本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的傳感器具有的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)測(cè)量程度高、可長(zhǎng)距離輸出、精度高、可靠性好、便于攜帶以及低成本等，后期傳感器可進(jìn)一步升級(jí)及應(yīng)用于其他測(cè)試裝置，可應(yīng)用于在生物工程、醫(yī)藥學(xué)、環(huán)境工程、毒理研究、化學(xué)工程及能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，發(fā)展動(dòng)力突出，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化能力。D.推薦者情況及對(duì)作品的說明說明： 1. 由推薦者本人填寫； 2推薦者必須具有中級(jí)以上專業(yè)技術(shù)職稱，并是與申報(bào)作品相同或相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者或?qū)I(yè)技術(shù)人員（教研組集體推薦亦可）； 3推薦者填寫此部分，即視為同意