壓電陶瓷精選(九篇)

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第1篇：壓電陶瓷范文

[關(guān)鍵詞]電子鼓； 壓電陶瓷傳感器；鼓盤；均勻性

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）30-0288-01

鼓盤信號(hào)的傳感理論上可分為兩種：接觸式觸發(fā)器和非接觸觸發(fā)器。

非接觸式觸發(fā)器是靠固定在鼓盤上面一層導(dǎo)電網(wǎng)面作極板與固定在鼓盤下部的電容式傳感器間電容改變，從而使機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，但這種傳感方式因信號(hào)微弱、噪聲較大、要拾取到微弱的的振動(dòng)信號(hào)是非常困難等因素，再加上材料成本和工藝要求特別高，此傳感方式并未在電子鼓上廣泛推廣。

接觸式觸發(fā)器方式就是在鼓面下部固定一個(gè)壓電陶瓷片（蜂鳴片），這種觸發(fā)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度較高，敲打鼓盤時(shí)引起的震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，具體的說(shuō)，就是蜂鳴片輸出一個(gè)正弦波的電信號(hào)（如圖1）。

由于電子鼓鼓盤直徑大小不同，受壓電陶瓷片的直徑大小限制和貼附位置（一般將蜂鳴片放置在鼓在中間位置），很容易產(chǎn)生擊打鼓盤不同位置時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)不同，特別是直接擊打在位于壓電陶瓷片固定位置的鼓面部分，出來(lái)的聲音就會(huì)特別響，如果刻意去敲這個(gè)接觸點(diǎn)，會(huì)感覺(jué)到這一點(diǎn)和其他地方會(huì)非常不一樣，缺乏平滑的過(guò)渡，中間有個(gè)尖峰（如圖2）。

由于鼓手在擊打鼓面時(shí)不可能準(zhǔn)確一至準(zhǔn)確的擊打某一部位，相對(duì)于真鼓，擊到在不同位置時(shí)候，只有細(xì)微的差別，對(duì)于電子鼓需克服這樣的弱點(diǎn)，我們不僅需要軟件從算法上作出修正，更需要從結(jié)構(gòu)上保證鼓盤的均勻性，整體如圖3

一.我們需打破傳統(tǒng)，改變蜂鳴片直接貼在傳感鐵片（或其它傳感材料上），讓蜂鳴片與傳感鐵片之間有一段距離；

二.再將蜂鳴片貼在一塊PC傳感片，傳感PC片的直徑范圍需保證A1≈A2（如圖4），這樣才能保證擊打鼓盤任意位置，敲打面與蜂鳴片中心基本相等。

三.將PC片按45°角排列貼緩沖墊并貼于傳感鐵片上，保證敲擊的機(jī)械振動(dòng)可從四周傳至蜂鳴片，以保證機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的電壓和頻率一致。

驗(yàn)證效果：由于保證了擊打任一點(diǎn)擊打位置到蜂鳴片的位置基本相等，且蜂鳴片未直接貼在傳感鐵片上，不存在直接的硬接觸點(diǎn)，擊打的整個(gè)區(qū)域都是非常自然而平滑的過(guò)渡。在不做力度修正的情況下，可以感受到不同位置的音量連續(xù)變化，不存在別扭的突變點(diǎn)。這個(gè)音量變化和真鼓是不一樣的，如經(jīng)過(guò)軟件的力度算法的修正之后，就可以做到和真鼓接近的區(qū)域力度響應(yīng)（圖5）。

上述方法只是本人在實(shí)際研發(fā)和生產(chǎn)中摸索出來(lái)的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法并正式用于生產(chǎn)，當(dāng)然如何調(diào)整鼓盤的均勻性，每個(gè)廠商自有一套方法，既可從軟件算法方面去做修正，音量方面去做補(bǔ)償，本人只是從結(jié)構(gòu)上探討如何將均勻性做到更好，減輕軟件方面的困擾。

參考文獻(xiàn)

第2篇：壓電陶瓷范文

【關(guān)鍵詞】壓電陶瓷;Ansys仿真;PZT

1.引言

壓電材料是指具有壓電效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的晶體材料，受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓，進(jìn)而表現(xiàn)出壓電效應(yīng)[1]。壓電效應(yīng)的機(jī)理是：具有壓電性的晶體對(duì)稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移使正負(fù)電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強(qiáng)度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時(shí)兩端面會(huì)出現(xiàn)異號(hào)電荷[2]。反之，壓電材料在電場(chǎng)中發(fā)生極化時(shí)，會(huì)因電荷中心的位移導(dǎo)致材料變形[3]。

壓電陶瓷具有價(jià)格低廉、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在超聲領(lǐng)域及電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，壓電陶瓷材料已逐漸處于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)支配地位，如醫(yī)學(xué)及工業(yè)超聲檢測(cè)、水聲探測(cè)、壓電換能器、超聲馬達(dá)、顯示器件、電控多色濾波器等[4]。隨著現(xiàn)代高科技的迅猛發(fā)展，智能結(jié)構(gòu)和器件廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)、新材料技術(shù)和航天等高技術(shù)領(lǐng)域，并日益顯示出其巨大的優(yōu)越性[5]。

近年來(lái)，各國(guó)都在積極研究功能陶瓷，研究的重點(diǎn)大都是從老材料中發(fā)掘新效應(yīng)，開(kāi)拓新應(yīng)組織和結(jié)構(gòu)入手，尋找新的壓電材料。特別值得重視的是隨著材料展，目前國(guó)際上對(duì)壓電材料的應(yīng)用研究十分活躍[6]。

2.壓電陶瓷材料的仿真與分析

選取了solid226 ，Solid226單元需要介電常數(shù)ε，壓電常數(shù)數(shù)（壓電應(yīng)力矩陣[e]或者壓電應(yīng)變矩陣[d]），彈性常數(shù)（柔度矩陣[S]或剛度矩陣[C]），以及密度。介電常數(shù)和壓電常數(shù)同彈性系數(shù)一樣是方向的函數(shù)，它們與坐標(biāo)的取向有關(guān)。所以在進(jìn)行模型方案設(shè)計(jì)的時(shí)候要根據(jù)元件坐標(biāo)系和壓電陶瓷極化方向的關(guān)系，對(duì)三種常數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，把相對(duì)元件坐標(biāo)系的常數(shù)求出來(lái)。下面的分析，建立在坐標(biāo)系的Z軸方向與壓電陶瓷的極化方向3（彈性主方向）平行，X軸平行與方向1，Y軸平行與方向2。

建立壓電陶瓷片模型，如圖1所示。

圖1 壓電陶瓷造型模型圖

分析首先需要進(jìn)行的是靜態(tài)分析，設(shè)置選擇一表面一直為0V，在相對(duì)表面設(shè)置0V到150V的遞增變化和150V到0V的遞減的變化。

下一步要進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)分析輸入電壓函數(shù)，電壓為交流電壓。

在加載了位移和電壓條件后生成圖2所示。

選取觀察Z軸方向壓電陶瓷變形云圖如圖3所示。

壓電陶瓷總位移變形云圖如圖4所示。

圖2 施加載荷（位移約束與電壓加載）示意圖

圖3 壓電陶瓷變形云圖（Z軸方向）

圖4 壓電陶瓷變形云圖（總位移）

圖5 施加電壓與壓電陶瓷的收縮變化線性關(guān)系

施加電壓與壓電陶瓷的收縮變化數(shù)據(jù)提取得到施加電壓與壓電陶瓷的收縮變化關(guān)系如圖5所示。

提取時(shí)間在0.1s內(nèi)時(shí)間與位移的線性關(guān)系如圖6所示。

提取0.1s內(nèi)加載電壓的線性關(guān)系如圖7所示。

3.壓電陶瓷材料作用于梁的激振仿真與分析

建立一個(gè)長(zhǎng)方形梁和壓電陶瓷片，且壓電陶瓷片在梁的一端邊緣中間，在系統(tǒng)坐標(biāo)的XYZ軸為中點(diǎn)，輸入壓電陶瓷個(gè)軸的長(zhǎng)度，X為28mm，Y為14mm，Z為1.5mm。并輸入長(zhǎng)方形梁的長(zhǎng)度X為230mm，Y為28mm，Z為1.5mm，如圖8所示。

圖6 壓電陶瓷Z軸的位移與時(shí)間響應(yīng)關(guān)系

圖7 時(shí)間0.1內(nèi)與加載電壓的響應(yīng)關(guān)系

圖8 激振模型

對(duì)壓電陶瓷施加150V，正弦電壓載荷，步長(zhǎng)設(shè)置200步。分析結(jié)果如圖9所示，對(duì)梁的激振結(jié)果可以看出，梁的兩端翹曲明顯，故需對(duì)其進(jìn)行抑制。

圖9 激振模型受力結(jié)果

4.壓電陶瓷材料作用于梁的抑振仿真與分析

在激振模型的基礎(chǔ)上，在梁的中間稍靠固支部分再添加一抑制其振動(dòng)的陶瓷片，對(duì)其施加相反電壓使其起到抑振效果。如圖10所示。

圖10 抑振模型

在添加的陶瓷片2上施加與激振陶瓷相反的電壓。由圖11可知，在添加了第二片陶瓷片對(duì)其施加相反電壓時(shí)，對(duì)梁的彎曲抑振效果較為明顯，根部抑制情況較好，基本達(dá)到了所需的結(jié)果。

圖11 抑振分析結(jié)果

圖12 抑振前后對(duì)比圖

5.結(jié)論

壓電材料既可作為智能結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器，又可作為智能結(jié)構(gòu)的傳感器。Ansys仿真中在對(duì)壓電陶瓷有限元模型建立的基礎(chǔ)上，在固定一面電壓為0V，在對(duì)立面輸入遞增遞減電壓，分析了壓電陶瓷的位移變化，而得到壓電陶瓷在動(dòng)態(tài)電壓條件下的位移變化的數(shù)據(jù)。本文建立的壓電陶瓷片合理的有限元模型，這對(duì)實(shí)際的工程分析具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張彥芳.壓電發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)[J].科技資訊，2010（03）：102.

[2]孫慷，張福學(xué).壓電學(xué)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1984.

[3]張福學(xué)，王麗坤.現(xiàn)代壓電學(xué)（上冊(cè)）[M].科學(xué)出版社，2001.

[4]葉會(huì)英，浦昭邦.壓電雙晶片的能量傳輸特性分析[J].光學(xué)精密工程，2000，8（4）：345-350.

[5]張斌，陳西平.壓電雙晶片作為驅(qū)動(dòng)的精密定位機(jī)構(gòu)研究[J].機(jī)械與電子，2009（6）：39-41.

作者簡(jiǎn)介：

第3篇：壓電陶瓷范文

【關(guān)鍵詞】 納米定位與掃描平臺(tái) bouc-wen模型 最小二乘法 參數(shù)辨識(shí)

一、引言

近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，微納米控制的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)也成為了研究的熱點(diǎn)。但是，壓電陶瓷具備的動(dòng)態(tài)特性、耦合特性、遲滯特性、蠕變特性以及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械振動(dòng)特性會(huì)使得系統(tǒng)的精度降低、運(yùn)行速度減慢，并且會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。其中，由于遲滯特性具備非局部記憶性、多值映射和率相關(guān)等性能，對(duì)納米定位與掃面平臺(tái)的定位精度影響較大，因此，本文將對(duì)納米定位與掃描平臺(tái)的遲滯特性進(jìn)行研究，旨在消除遲滯誤差，提高納米定位與掃面平臺(tái)的定位精度。目前，有關(guān)納米定位與掃描平臺(tái)遲滯特性研究的方法主要有，Lin等[1]采用Bouc-Wen模型，設(shè)計(jì)了以PI反饋控制器控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的方案，使得系統(tǒng)的魯棒性更高。BoucWen模型，由于具有參數(shù)少、數(shù)值化簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，本文將在研究前人成果的基礎(chǔ)上，基于Bouc-Wen模型，利用最小二乘法，對(duì)納米定位與掃描平臺(tái)的遲滯特性進(jìn)行建模以及模型參數(shù)辨識(shí)，以減小位移誤差，實(shí)現(xiàn)納米定位與掃描平臺(tái)的精確定位。

二、納米定位與掃描平臺(tái)的模型建立

2.1 納米定位與掃描平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)

納米定位與掃描平臺(tái)的基本組成一般包含三個(gè)模塊，分別為：納米定位與掃描平臺(tái)、檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)。

本文中納米定位與掃描平臺(tái)是由壓電陶瓷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且由兩路獨(dú)立的電壓信號(hào)分別控制X、Y方向位移，輸入電壓范圍為-10V-10V，納米定位與掃描平臺(tái)的位移范圍為100μm×100μm

2.2基于Bouc-wen模型的納米定位與掃描平臺(tái)遲滯建模

Bouc-Wen模型是一種經(jīng)典的微分多項(xiàng)式類的遲滯模型，該模型一般通過(guò)構(gòu)建微分方程的方式來(lái)呈現(xiàn)輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的變化，從而通過(guò)微分方程來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遲滯建模。標(biāo)準(zhǔn)Bouc-Wen模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

ΦBW（t）=αk?u（t）+（1-α）Dk?z（t） （1）

其中，u（t）為系統(tǒng)的輸入；ΦBW（t）代表系統(tǒng)的遲滯輸出；k為系統(tǒng)的初始等效剛度系數(shù)；α為權(quán)重系數(shù)，z為模型的遲滯非線性項(xiàng)。

（1）式中的z（t）進(jìn)行微分，可得，

其中，C為p轉(zhuǎn)置的一個(gè)列矩陣，b為一個(gè)常量列矩陣。

由于參數(shù)n主要影響遲滯曲線的光滑程度，并無(wú)對(duì)其他方面的影響，且參數(shù)n不屬于敏感參數(shù)，因而，當(dāng)參數(shù)D，A，β，γ固定不變時(shí)，n的變化對(duì)遲滯模型曲線并無(wú)明顯的影響。

四、MATLAB實(shí)驗(yàn)仿真

針對(duì)本文所確定的納米定位與掃描平臺(tái)遲滯模型，通過(guò)傳統(tǒng)PID控制，經(jīng)MATLAB實(shí)驗(yàn)仿真，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)跟蹤，檢驗(yàn)其對(duì)輸入信號(hào)的跟蹤性能。

⑴ 在采樣頻率f=50kHz時(shí)，輸入一個(gè)階躍信號(hào)，幅值為1μm，得到的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。

由圖1可知，在采樣頻率f=50kHz，輸入一個(gè)幅值為1μm的階躍信號(hào)，系統(tǒng)輸出位置信號(hào)大約需要2.0ms進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

⑵ 在采樣頻率f=50kHz時(shí)，輸入一個(gè)方波信號(hào)，幅值為-1μm×1μm，得到的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

在采樣頻率f=50kHz，幅值在-1μm×1μm范圍內(nèi)時(shí)，由圖2可知，每當(dāng)信號(hào)方向發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)輸出位置信號(hào)大約需要2.0ms進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，且輸出位移穩(wěn)態(tài)誤差大約在4nm之內(nèi)。

五、總結(jié)

本文通過(guò)最小二乘法對(duì)所建模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。而且通過(guò)對(duì)納米定位與掃描平臺(tái)建模，以減小系統(tǒng)遲滯特性對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)輸出位移的影響。分別輸入一個(gè)階躍信號(hào)和一個(gè)方波信號(hào)，經(jīng)MATLAB實(shí)驗(yàn)仿真可知，系統(tǒng)輸出位置信號(hào)均大約需要2.0ms進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，很大程度上提高了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的定位精度。

參 考 文 獻(xiàn)

第4篇：壓電陶瓷范文

關(guān)鍵詞：備自投；電壓互感器；反充電

1 系統(tǒng)及運(yùn)行方式說(shuō)明

系統(tǒng)為220KV系統(tǒng)，正常運(yùn)行方式下，＃01啟備變作為＃1、#2機(jī)廠用電備用電源，#02啟備變作為＃3、＃4機(jī)廠用電備用電源，如圖1：

＃01、＃02啟備變保護(hù)采用電磁式繼電器保護(hù)，＃3機(jī)的備自投回路采用繼電器接點(diǎn)聯(lián)瑣回路，YJJ、YZJ-A、YZJ-B作為廠用電備用電源監(jiān)察繼電器；＃4機(jī)的備自投回路采用DCS［1］快切卡件，它需要取系統(tǒng)A相電壓作為啟備變電壓監(jiān)察判斷量，若系統(tǒng)電壓消失，則快切卡件會(huì)閉鎖，＃4機(jī)的廠用電備自投功能自動(dòng)退出，而快切卡件所取的系統(tǒng)電壓則是＃02啟備變運(yùn)行于I母時(shí)經(jīng)I母刀閘切換（1ZZJ）后或者是運(yùn)行于III母時(shí)經(jīng)III母刀閘切換(2ZZJ)后的系統(tǒng)電壓，如圖2：

圖中1G為262 I母刀閘，2G為262 III母刀閘，＋KM、－KM為262開(kāi)關(guān)控制回路電源。因此在＃02啟備變轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)前應(yīng)將1ZZJ（為＃4機(jī)快切卡提供I母線系統(tǒng)電壓）用紙片墊住，同時(shí)將繼電器YZJ-A、YZJ-B(供＃3機(jī)廠用電備用電源監(jiān)察使用) 用紙片墊住，以保證運(yùn)行人員操作＃01啟備變作為＃3、＃4機(jī)廠用電備用電源時(shí)的備自投回路暢通。選擇墊1ZZJ而不墊2ZZJ是因?yàn)樵冢?2啟備變送電前可能需要騰空III母，利用母聯(lián)3開(kāi)關(guān)串代262開(kāi)關(guān)對(duì)其進(jìn)行充電和電流二次回路相量測(cè)試。

2 事件經(jīng)過(guò)

2005年4月25日，＃02啟備變高壓側(cè)262開(kāi)關(guān)大修結(jié)束，由于此次大修更換了三相SF6 CT，因此＃02啟備變?cè)谵D(zhuǎn)為熱備用前需騰空III母，用母聯(lián)3開(kāi)關(guān)串帶262開(kāi)關(guān)測(cè)相量。在運(yùn)行人員騰空III母后合上262 III母刀閘的同時(shí)，運(yùn)行于I母的＃1發(fā)電機(jī)掉閘，檢查＃1發(fā)變組保護(hù)屏有“失磁t1”保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

3 原因分析

這是一起由于電壓互感器二次反充電造成保護(hù)動(dòng)作的事件。通過(guò)電壓互感器二次向不帶電的母線充電稱為反充電，對(duì)于220KV電壓互感器，變比為220/0.1，停電的一次母線（III母）即使未接地，其阻抗（包括母線電容及絕緣電阻）雖然較大，假定為1MΩ，但從電壓互感器二次側(cè)看到的阻抗只有1000000/（2200）2≈0.2Ω，近乎短路，故反沖電流較大（反沖電流主要決定于電纜電阻及兩個(gè)互感器的漏抗），將造成運(yùn)行中的電壓互感器二次側(cè)小開(kāi)關(guān)跳開(kāi)或熔斷器熔斷。在＃02啟備變停電前，將I母電壓切換繼電器1ZZJ用紙片墊住，在運(yùn)行人員合262 III母刀閘前將紙片取下，但是1ZZJ繼電器機(jī)構(gòu)卡澀，閉合的接點(diǎn)并沒(méi)有打開(kāi)，運(yùn)行人員合上262III母刀閘后III母電壓切換繼電器2ZZJ動(dòng)作吸合，通過(guò)繼電器1ZZJ和2ZZJ將I母二次電壓和III母二次電壓并列，I母二次電壓通過(guò)III母PT二次向不帶電的III母反充電，造成I母PT二次小開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，220KV母線電壓波動(dòng)，此時(shí)運(yùn)行于I母的＃1發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)為：有功205MW、無(wú)功21Mvar、轉(zhuǎn)子電壓224V，系統(tǒng)電壓和轉(zhuǎn)子電壓均低于＃1發(fā)變組保護(hù)裝置(南自WFBZ-01)中失磁保護(hù)低電壓整定值，如圖3。

此原理中系統(tǒng)電壓沒(méi)有TV斷線判據(jù)，而且系統(tǒng)電壓低，整定值沒(méi)有設(shè)置門檻值，因此TV斷線時(shí)保護(hù)裝置可能會(huì)認(rèn)為是系統(tǒng)電壓低，此時(shí)＃1發(fā)電機(jī)所發(fā)無(wú)功較少，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子電壓較低，圖中可以看出，系統(tǒng)電壓低與轉(zhuǎn)子電壓低滿足失磁t1保護(hù)的條件，加之失磁保護(hù)整定值Kf［2］=0.35偏低，造成＃1發(fā)電機(jī)解列。

4 整改措施

＃1發(fā)電機(jī)掉閘是由于WFBZ-01發(fā)變組保護(hù)裝置失磁t1保護(hù)邏輯和整定值Kf的不合理造成的，為了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，依據(jù)《華北電網(wǎng)調(diào)度管理規(guī)程》，及時(shí)對(duì)Kf進(jìn)行重新整定（Kf=0.828），并聯(lián)系南自公司改進(jìn)了失磁保護(hù)原理，如圖4：

新的失磁保護(hù)原理更趨于合理，無(wú)論機(jī)端電壓低還是轉(zhuǎn)子電壓低必須同時(shí)滿足阻抗圓判據(jù)保護(hù)才可以動(dòng)作，并設(shè)置機(jī)端電壓TV斷線條件閉鎖，避免由于TV斷線而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。

第5篇：壓電陶瓷范文

關(guān)鍵詞：高壓變電站；電氣一次設(shè)計(jì)；注意問(wèn)題

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于電力供應(yīng)的穩(wěn)定性要求變得越來(lái)越高，這就直接促使我國(guó)農(nóng)村和城市電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程得以不斷加快，從而有效的拉動(dòng)了內(nèi)部需求，因此在這種發(fā)展形勢(shì)下，高壓變電站的數(shù)量以及相應(yīng)的規(guī)模都開(kāi)始不斷的增加。所以就需要針對(duì)高壓變電站當(dāng)中電氣一次設(shè)計(jì)所要注意的問(wèn)題進(jìn)行分析，并結(jié)合相應(yīng)的有效方式來(lái)保證高壓電供應(yīng)的安全穩(wěn)定性。

1 電氣一次設(shè)計(jì)研究的必要性

在電氣設(shè)備當(dāng)中的主線路均被統(tǒng)稱為一次線路，而針對(duì)一次顯露的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)操作行為則被統(tǒng)稱為電氣一次設(shè)計(jì)。而這其中主要進(jìn)行設(shè)計(jì)的范圍還是在變電站方面的電氣設(shè)備以及主接線的選擇方面，同時(shí)還包括了電氣設(shè)備的擺放及布置等多方面的內(nèi)容，這都是保障高壓變電站能夠真正正常運(yùn)作和發(fā)展的重要部分。因此在真正的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，就必須要以此來(lái)保證所設(shè)計(jì)方案的科學(xué)、實(shí)用以及精確性[1]。因此，在如今電力行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展越來(lái)越激烈的今天，大多數(shù)電力企業(yè)都進(jìn)入了生存和發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，所以在電力企業(yè)內(nèi)部就必須要不斷的提升其自身所具有的工作效益，并能夠真正保障電力的有效供應(yīng)，這樣才能有效的提升電力企業(yè)在市場(chǎng)方面的競(jìng)爭(zhēng)力，最終促使其更深入的生存和發(fā)展。所以，電氣一次設(shè)計(jì)程度的高低和企業(yè)方面的生存發(fā)展有著非常密切的聯(lián)系。

2 高壓變電站一次設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

（1）高壓變電站常規(guī)接線形式。對(duì)于高壓變電站中電氣設(shè)計(jì)的工作，主要需要考慮的還是在其中間變電站和終端變電站等多個(gè)方面。在前者的變電站中主要靠近高壓百年電站方面的負(fù)荷核心處，并在這其中劃分為兩路直接進(jìn)線，這樣就真正實(shí)現(xiàn)了將電能轉(zhuǎn)向低壓用戶的有效分配。但是要想真正實(shí)現(xiàn)這一分配的方式，主要需要借助兩臺(tái)主變來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。而且在終端變電站當(dāng)中的高壓側(cè)主接線的分配形式主要有單母線接線、內(nèi)橋接線，還要線路的變壓器組接線等等；

（2）主線接線設(shè)計(jì)。在變電站方面的主接線電器設(shè)計(jì)本身是電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中的主要環(huán)節(jié)，所進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程都必須要結(jié)合電網(wǎng)當(dāng)中的出線數(shù)量、電網(wǎng)地位以及設(shè)備的特點(diǎn)還有回路數(shù)等多個(gè)方面來(lái)加以確認(rèn)。同時(shí)還必須要注意其供電可靠性、能源的節(jié)約以及電力運(yùn)行的靈活性還有操作方面實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。而且還必須要擴(kuò)大相應(yīng)的要求，以此來(lái)有效的實(shí)現(xiàn)高壓變電站電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定性[2]。從經(jīng)濟(jì)性方面的角度來(lái)分析，變電站方面的電氣主接線的設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展主要目的也是為了能夠方便后續(xù)的維修操作，從而實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約以及建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大等。在電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常對(duì)于一次設(shè)備的選擇除了需要保證接線方面的科學(xué)、安全性，還必須要最大限度的選擇相對(duì)經(jīng)濟(jì)、合理化的線路以及電氣設(shè)備等，而且對(duì)于變電站的占地面積，還有主接線的設(shè)計(jì)等多方面工作都必須要選擇相對(duì)合理的方法和技術(shù)。結(jié)合高壓變電站中電氣接線的設(shè)計(jì)方面為主要案例來(lái)進(jìn)行分析，通常在設(shè)計(jì)接線的過(guò)程中，都必須要采用相應(yīng)的雙、單母線這兩種線路類型的完美配合。并以此來(lái)從接線的方式上直接選擇相應(yīng)的科學(xué)化的線路開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)而出的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)斷路器直接推出相應(yīng)設(shè)備，最后將電氣線路投入到其中直接使用最終形成變壓器以及設(shè)備檢修體系等，保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。結(jié)合以上原因來(lái)進(jìn)行分析，就需要取消在高壓側(cè)出現(xiàn)的各種類型開(kāi)關(guān)，因此在高壓變電站的設(shè)計(jì)當(dāng)中，也要取消那些側(cè)進(jìn)隔離的開(kāi)關(guān)。

3 高壓變電站電氣防雷設(shè)計(jì)

在高壓變電站中進(jìn)行電氣防雷設(shè)計(jì)，主要也是為了能夠有效的避免受到直擊雷或者雷電過(guò)電壓的損害，而進(jìn)行變電站電氣一次設(shè)備的防雷防護(hù)設(shè)計(jì)主要有直擊雷防護(hù)、接地防雷防護(hù)以及雷電過(guò)電壓等等。其中直擊雷保護(hù)主要是指在變電站中采用相應(yīng)的屋頂避雷帶來(lái)直接避免直擊雷的侵害，這主要也是通過(guò)變電站中配電裝置戶內(nèi)所布置的。而且在屋頂?shù)谋芾讕б残枰捎脽徨冧\扁鋼這種特殊性材料[3]。而且還需要將其真正牽引到下部分的主接地網(wǎng)的安全連接來(lái)進(jìn)行，而在雷電過(guò)電壓的保護(hù)方面主要也是為了能夠避免其線路侵入相應(yīng)的雷電波而造成電壓過(guò)高的情況，所以就必須要在高壓進(jìn)線和低壓母線方面安裝相應(yīng)的避雷器。接地防雷的設(shè)計(jì)都必須要盡可能的布置在配電站之外的空地當(dāng)中，而且還注意將接地極加以深埋，這就必須要注意在其大門處設(shè)置相應(yīng)的主接地網(wǎng)連接的均壓帶。

4 高壓變電站電氣接地設(shè)計(jì)

在實(shí)際的變電站設(shè)計(jì)建造當(dāng)中，為了能夠真正有效的保障變電站電氣一次設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，并有效的避免相應(yīng)施工人員由于觸電而引發(fā)的安全事故，通常都需要將電氣設(shè)備的相關(guān)部分直接和大地產(chǎn)生有效的連接，也即是文中提到的電氣接地設(shè)計(jì)。而且在電氣的接地方面除了可以真正有效的防治其產(chǎn)生觸電事故，同時(shí)也能夠直接避免電氣一次設(shè)備受到相應(yīng)的機(jī)械性損害，最終有效的預(yù)防了其爆炸和火災(zāi)的出現(xiàn)。通常變電站中電氣一次設(shè)備所進(jìn)行的正常接地裝置主要也是通過(guò)接地體和接地線兩者共同組成，最為常用的接地體主要是自然接地體，可以將其劃分為人工和自然兩部分，相應(yīng)的接地線通常都是使用圓鋼或者是扁鋼來(lái)進(jìn)行。而且在變電所中的高壓、低壓配電室以及變壓器室等都可以直接在室內(nèi)采用扁鋼材料直接練成一體。而關(guān)于接地電阻方面的計(jì)算值則都必須要充分的滿足高壓小接地系統(tǒng)當(dāng)真的保護(hù)接地及低壓電氣設(shè)備的保護(hù)接地來(lái)進(jìn)行電阻的計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高壓變電站電氣一次設(shè)計(jì)本身是一項(xiàng)系統(tǒng)化的工程，同時(shí)也是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃當(dāng)中的主要部分。因此要想實(shí)現(xiàn)電氣一次設(shè)計(jì)的有效性，不但需要成果的電氣設(shè)計(jì)方案，同時(shí)還必須要注重在配電器、電氣設(shè)備及接線方式方面的選擇，這樣才能真正有效的保障其所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃興.變電站改擴(kuò)建過(guò)程中電氣一次設(shè)計(jì)的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（11）.

第6篇：壓電陶瓷范文

關(guān)鍵詞：智能巡視系統(tǒng)；智能變電站；遠(yuǎn)程監(jiān)控

0 引言

由于變電站自動(dòng)化水平日益提高，變電站二次保護(hù)作為聯(lián)系繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置和斷路器操作回路的橋梁，其作用至關(guān)重要。目前，變電站繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置出口壓板及功能壓板主要由人工投退并進(jìn)行確認(rèn)，在日常巡視時(shí)也只能依靠人工逐個(gè)保護(hù)屏檢查，此種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且變電站運(yùn)行方式多樣及保護(hù)壓板數(shù)量眾多，存在誤投退、漏投退現(xiàn)象，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)。因此，需要從技術(shù)上給予保障和監(jiān)督，及時(shí)地糾正壓板投退與保護(hù)運(yùn)行情況，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。

為此，為解決二次保護(hù)巡視問(wèn)題；應(yīng)該建立一個(gè)智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)，解決當(dāng)前變電站壓板投退復(fù)雜、誤投誤退等問(wèn)題。

1 智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1壓板狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊包括每個(gè)保護(hù)屏中的二次壓板對(duì)應(yīng)的紅外對(duì)射管。紅外對(duì)射管包括紅外發(fā)射管與紅外接收管，并聯(lián)接在集成控制模塊，并匯總到一個(gè)交換機(jī)后通過(guò)以太網(wǎng)與后臺(tái)智能壓板監(jiān)控機(jī)連接。為避免影響到二次壓板回路，二次壓板與紅外對(duì)射管相對(duì)獨(dú)立，無(wú)電聯(lián)系，每個(gè)保護(hù)屏放置一個(gè)集成控制模塊。

1.2壓板狀態(tài)實(shí)時(shí)快速反饋

由集成控制模塊傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控機(jī)，接收保護(hù)屏壓板信息，并運(yùn)行智能壓板在線監(jiān)測(cè)及操作系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、提醒壓板變位的反饋功能。

1.3二次壓板操作票自動(dòng)生成

智能壓板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件可實(shí)時(shí)檢測(cè)所有保護(hù)屏二次壓板的投退狀態(tài)，還可以編寫操作票，為便于以后查詢數(shù)據(jù)，本軟件還提供了壓板異常報(bào)警信息查詢功能，并可直接輸出到EXCEL。

2 智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)原理

智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)目的是在不改變現(xiàn)時(shí)壓板狀態(tài)及不接入壓板電流回路的前提下，提供一種變電站智能壓板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)ψ冸娬径螇喊逋锻藸顟B(tài)進(jìn)行自動(dòng)、可視化的直觀顯示，在后臺(tái)可以進(jìn)行模擬操作并可自動(dòng)生成操作票，使運(yùn)行人員能遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)二次壓板狀態(tài)并實(shí)時(shí)記錄壓板錯(cuò)誤投退信息，減少運(yùn)行人員巡視的時(shí)間。上述目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

1、保護(hù)屏內(nèi)二次壓板：圖中狀態(tài)為退出位置，用于連接二次回路中的出口回路與功能回路等，第一排壓板命名為1LP1、1LP2…；第二排壓板命名為2LP1、2LP2…，以此類推。

2.、紅外對(duì)射管：由紅外發(fā)射管與紅外接收管組成，用于檢測(cè)二次壓板是否在投入位置，圖中可檢測(cè)出壓板在退出位置。

3、集成控制模塊：用于收集每個(gè)紅外對(duì)射管的檢測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)保護(hù)屏均設(shè)置一個(gè)集成控制模塊，每個(gè)保護(hù)屏相對(duì)獨(dú)立，互不干擾。

4、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：用于匯總每個(gè)保護(hù)屏二次壓板位置信息并上傳至后臺(tái)智能壓板監(jiān)控機(jī)。

5、以太網(wǎng)：用于連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與后臺(tái)智能壓板監(jiān)控機(jī)，后臺(tái)智能壓板監(jiān)控機(jī)獲取壓板數(shù)據(jù)的橋梁。

6、后臺(tái)智能壓板監(jiān)控機(jī)：主要包括智能壓板在線監(jiān)測(cè)及操作系統(tǒng)軟件（軟件下面介紹）。

7、保護(hù)屏1P：虛線框內(nèi)為保護(hù)屏1P的接線圖，包括多行的二次壓板。本系統(tǒng)可在線監(jiān)測(cè)全站的保護(hù)屏（nP）壓板投退情況。

3 智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊包括每個(gè)保護(hù)屏中的二次壓板對(duì)應(yīng)的紅外對(duì)射管。紅外對(duì)射管包括紅外發(fā)射管與紅外接收管，并聯(lián)接在集成控制模塊，并匯總到一個(gè)交換機(jī)后通過(guò)以太網(wǎng)與后臺(tái)智能壓板監(jiān)控機(jī)連接。為避免影響到二次壓板回路，二次壓板與紅外對(duì)射管相對(duì)獨(dú)立，無(wú)電聯(lián)系，每個(gè)保護(hù)屏放置一個(gè)集成控制模塊。

3.2.2集成控制模塊

集成控制模塊主要分為數(shù)據(jù)收集部分、數(shù)據(jù)處理部分和協(xié)議傳輸部分。數(shù)據(jù)收集部分由CD4051BE芯片負(fù)責(zé)對(duì)每組8位、共6組的保護(hù)屏數(shù)據(jù)進(jìn)行收集匯總，數(shù)據(jù)處理部分是由STC廠家生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)控制芯片89C52實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析，本集成控制模塊則采用MAX485芯片負(fù)責(zé)對(duì)后臺(tái)監(jiān)控機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。

3.2.3監(jiān)控機(jī)

后臺(tái)智能壓板監(jiān)控機(jī)為日常使用的普通臺(tái)式電腦，用于接收保護(hù)屏壓板信息，并運(yùn)行智能壓板在線監(jiān)測(cè)及操作系統(tǒng)軟件。

3.2.4系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件

智能壓板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件可實(shí)時(shí)檢測(cè)所有保護(hù)屏二次壓板的投退狀態(tài)，還可以編寫操作票，為便于以后查詢數(shù)據(jù)，本軟件還提供了壓板異常報(bào)警信息查詢功能，并可直接輸出到EXCEL。

4 智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)

1、合理的利用現(xiàn)有的平臺(tái)資源，并在不影響現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行情況下開(kāi)展項(xiàng)目。

2、獨(dú)立巡視系統(tǒng)，在不影響現(xiàn)在設(shè)備的情況下開(kāi)展系統(tǒng)檢測(cè)

3、安裝簡(jiǎn)易方便，無(wú)需更改現(xiàn)有二次設(shè)備配置情況

4、系統(tǒng)能準(zhǔn)確地與后臺(tái)監(jiān)控機(jī)傳輸，能快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地放映二次壓板狀態(tài)變化情況。

5、對(duì)繼電保護(hù)屏巡視能實(shí)現(xiàn)路線記錄規(guī)劃，提高效率，有效地防止重復(fù)巡視。

6、有助于推動(dòng)定二次設(shè)備巡視的規(guī)范化管理。

5 智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)成果

5.1、系統(tǒng)理論檢測(cè)時(shí)間

采用測(cè)試保護(hù)屏核對(duì)，由于該系統(tǒng)采用STC工業(yè)控制芯片處理壓板狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸波特率采用9600比特/秒，檢測(cè)每一個(gè)壓板的狀態(tài)用時(shí)≤10毫秒，一般保護(hù)屏壓板數(shù)量為48到60塊，檢測(cè)1個(gè)保護(hù)屏二次壓板用時(shí)≤1秒；以東莞站測(cè)試保護(hù)屏壓板為例計(jì)算，能在5秒內(nèi)完成兩個(gè)測(cè)試保護(hù)屏檢測(cè)。

通過(guò)以上實(shí)例可清楚看到，完成1個(gè)測(cè)試保護(hù)屏智能壓板監(jiān)測(cè)在5秒以內(nèi)。到目前為止項(xiàng)目小組成員已多次在測(cè)試保護(hù)屏實(shí)驗(yàn)成功，智能壓板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確快速地反映壓板真實(shí)結(jié)果。智能壓板監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的推廣應(yīng)用，將結(jié)束以往由運(yùn)行人員人工檢測(cè)的歷史。

5.2系統(tǒng)投入使用前后對(duì)比

假定二次設(shè)備巡視工作在2人3分鐘內(nèi)可完成一套二次設(shè)備壓板的核查工作，迎峰度夏時(shí)一個(gè)變電站需要核對(duì)150套裝置，某地區(qū)共有155座變電站，以下得出智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)投入使用前后對(duì)比數(shù)據(jù)對(duì)比：

成果推廣后，二次設(shè)備可視化管理系統(tǒng)提高檢查的精確度，并用智能壓板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)替代值班員到現(xiàn)場(chǎng)檢查，按東莞地區(qū)所有變電站核對(duì)定值計(jì)算，進(jìn)行二次設(shè)備檢查，共可節(jié)省1130小時(shí)/人，在極大的提高核查效率的同時(shí)，也減少了核查中人為失誤的因素。

6 結(jié)論

二次保護(hù)屏檢測(cè)項(xiàng)目的推廣應(yīng)用，由智能壓板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)替代值班員到現(xiàn)場(chǎng)檢查，將結(jié)束以往由運(yùn)行人員人工檢查的歷史。尤其是隨著監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步研究和推行，將改變變電人員的巡視方式，大大減少二次壓板檢測(cè)的時(shí)間，節(jié)省了變電站人員寶貴的時(shí)間。

為解決二次保護(hù)巡視獨(dú)立研究了智能壓板檢測(cè)系統(tǒng)，解決當(dāng)前變電站壓板投退復(fù)雜、誤投誤退等問(wèn)題，試驗(yàn)有效。系統(tǒng)能有效運(yùn)行，提高了變電站二次設(shè)備的可靠性，值得繼續(xù)深入研究推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)南方電網(wǎng) 變電運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn) 2004-06-01.

第7篇：壓電陶瓷范文

關(guān)鍵詞：壓電陶瓷，摻雜，BNT，BKT

 

壓電陶瓷的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展距今已有50余年的歷史，尤其是近20年來(lái)，壓電陶瓷和壓電器件的原材料有了很大的發(fā)展。壓電陶瓷在信息、航天、激光和生物等諸多高新科技領(lǐng)域的應(yīng)用甚廣，這些應(yīng)用主要是與這類材料具有穩(wěn)定的化學(xué)特性、優(yōu)異的物理性能、易于制備成各種形狀和具有任意極化方向的特性緊密相連[1-3]。

目前，大規(guī)模使用的壓電陶瓷仍然是傳統(tǒng)的以PZT為基的多元系壓電陶瓷，且在電子學(xué)、微電子學(xué)等諸多高科技領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但這類陶瓷中的PbO(或Pb3O4)的含量約占原材料總重量的70%，難以制備致密陶瓷，且憑借當(dāng)今的科技水平還不能使沉積在地表或游離于空氣中的鉛完全回收再利用，這將使得在制備、使用及廢棄后的處理過(guò)程中，都會(huì)給人類和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害。隨著近來(lái)各國(guó)環(huán)保戰(zhàn)略的加強(qiáng)，無(wú)鉛壓電陶瓷的研發(fā)取得了很大的成績(jī)，出現(xiàn)了很多具有實(shí)用前景的陶瓷體系，尤其鈦酸鉍鈉系壓電陶瓷更是受到當(dāng)前各國(guó)科研工作者的青睞[4-9]。

然而，從近年來(lái)的研究進(jìn)展可以看出，無(wú)鉛壓電陶瓷不可能馬上替代鉛基壓電陶瓷在電子元器件的原材料使用上的主導(dǎo)地位，只有逐漸改善才是更為務(wù)實(shí)。因此，本論文根據(jù)ABO3鈣鈦礦型陶瓷的多元系復(fù)合原則，采用傳統(tǒng)陶瓷制備技術(shù)和電子陶瓷工業(yè)用原料，制備了新型0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3體系壓電陶瓷，并研究了該體系壓電陶瓷的壓電、介電、鐵電性能。。

1.實(shí)驗(yàn)

本著實(shí)用化的目的，采用傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝技術(shù)，以Bi2O3、Na2CO3、K2CO3、TiO2為起始原料，根據(jù)0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3（簡(jiǎn)記為BNT-BKT）陶瓷體系的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料，其中x分別為0，0.005，0.01，0.03，0.05。首先將原料混合物振動(dòng)球磨12h，充分混合、粉碎后，然后在860～900°C下，經(jīng)3h的預(yù)燒合成陶瓷粉體；合成后的陶瓷粉末充分研磨并過(guò)60目分樣篩后，加入適量的粘結(jié)劑，造粒得到流動(dòng)性好的顆粒；在一定壓力下干壓成型，獲得厚度為1.0～1.5 mm、直徑為 12.0 mm的生坯片；并在1140°C下、燒結(jié)4h得到致密的陶瓷片。將清洗好的陶瓷片用真空濺射儀鍍上銀電極，在硅油溫度為80°C～100°C、極化直流電壓為3.5 kV/mm～4.5 kV /mm的條件下極化20～30min，放置24h后，測(cè)試各項(xiàng)性能。用ZJ-3A準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量?jī)x（中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所）測(cè)量d33；采用HP4294A阻抗分析儀測(cè)量陶瓷樣品的諧振頻率、反諧振頻率、諧振阻抗和電容，然后計(jì)算出陶瓷的機(jī)電耦合系數(shù)kp；用LCR數(shù)字電橋（TH2816A）在常溫下測(cè)得1kHz時(shí)陶瓷樣品的介電常數(shù)εr和介電損耗tanδ；采用RadiantPrecision Workstation鐵電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試陶瓷樣品的電滯回線。

2. 結(jié)果與討論

2.1錳摻雜對(duì)壓電性能的影響

圖1 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷的壓電常數(shù)d33和平面機(jī)電耦合系數(shù)kp與組分的關(guān)系圖

圖1為錳摻雜對(duì)BNT-BKT體系陶瓷的壓電常數(shù)d33和平面機(jī)電耦合系數(shù)kp的關(guān)系圖。不難發(fā)現(xiàn)，d33在摻雜量x=0.005時(shí)出現(xiàn)峰值，之后隨著x值的增加而減小。平面機(jī)電耦合系數(shù)kP隨著錳摻雜量x值的增大而增大，在x=0.005時(shí)kP達(dá)到最大值，之后又逐漸減小。。摻雜少量的錳提高了材料的壓電常數(shù)，摻雜量進(jìn)一步增加，壓電常數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降。這是因?yàn)閾藉i引起氧空位，一方面起到了燒結(jié)促進(jìn)劑的作用，有利于晶粒的長(zhǎng)大，然而壓電常數(shù)受晶粒大小的影響隨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，氧空位也阻礙了鐵電疇壁的運(yùn)動(dòng)，又會(huì)降低d33的值。錳摻雜量較少時(shí)，晶粒尺寸長(zhǎng)大占據(jù)主要地位，d33值隨錳含量的增加而增大；而當(dāng)錳含量進(jìn)一步增加，氧空位增多，對(duì)鐵電疇壁的阻礙作用增強(qiáng)，d33值隨之減小，在這兩種作用下，陶瓷材料的壓電性能表現(xiàn)出隨錳含量的增加先增大后減小的規(guī)律。

2.2錳摻雜對(duì)介電性能的影響

圖2 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷的介電常數(shù)、介電損耗與組分的關(guān)系圖

圖2為BNT-BKT陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗與組分的關(guān)系圖。從圖2可以看出：陶瓷的介電常數(shù)εr隨著錳摻雜量x的增加而不斷減小，當(dāng)x=0.01時(shí)達(dá)到最小，之后隨著錳的摻雜量的增加而逐漸增加。另外，圖2也反映了錳摻雜量x和介電損耗tanδ之間的關(guān)系，由圖中可以看出，介電損耗tanδ在x=0.005時(shí)最小，在出現(xiàn)峰值之后隨著x的增加，介電損耗tanδ也不斷增大。說(shuō)明在本實(shí)驗(yàn)中，錳摻雜量為0.005時(shí)陶瓷的介電性能最好。綜上所述，可以得到錳摻雜對(duì)介電性能影響的原因是當(dāng)x≤0.005時(shí)，錳呈現(xiàn)硬性摻雜的作用，當(dāng)x≥0.005時(shí)，由于晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，氣孔增多，陶瓷不致密，因此致使樣品的介電性能降低。

2.3錳摻雜對(duì)鐵電性能的影響

圖3 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷在室溫下的電滯回線

圖4 BNT-BKT+xmolMnO2陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Pr和矯頑場(chǎng)強(qiáng)Ec 與組分的關(guān)系圖

圖3為BNT-BKT陶瓷在室溫下的飽和電滯回線圖，通常，飽和電滯回線是為了展示該體系陶瓷優(yōu)良的鐵電性能。從圖3可以看出：在一個(gè)寬的組分范圍內(nèi)，獲得了飽和的電滯回線展示了鐵電性能。圖4為錳的摻雜量對(duì)剩余極化強(qiáng)度Pr和矯頑場(chǎng)強(qiáng)Ec的影響關(guān)系圖。不難發(fā)現(xiàn)，Pr隨著錳摻雜量的增加而減小。錳摻雜使樣品的剩余極化強(qiáng)度明顯下降，體現(xiàn)了明顯的受主摻雜的特點(diǎn)。。矯頑場(chǎng)強(qiáng)Ec在錳摻雜量x=0.03時(shí)達(dá)到最值2.43kV/mm，此時(shí)的剩余極化強(qiáng)度為4.54μC/cm2，之后隨著錳的摻雜量的增大而減小，表明添加錳可以降低矯頑場(chǎng)強(qiáng)，使壓電性能得以充分體現(xiàn)。

3.結(jié)論

(1) 對(duì)0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3無(wú)鉛壓電陶瓷錳摻雜的改性研究表明：摻雜為受主摻雜的特性，錳離子主要以+2、+3價(jià)對(duì)材料進(jìn)行硬性取代，產(chǎn)生氧空位，使陶瓷變“硬”，導(dǎo)致介電常數(shù)d33變小，機(jī)電耦合系數(shù)kp變小，剩余極化強(qiáng)度Pr顯著降低，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm有所增加。(2) 本實(shí)驗(yàn)利用固態(tài)氧化物為原料，采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法進(jìn)行陶瓷粉體的制備，并采用壓制成形工藝制備出0.82（Bi0.5Na0.5)TiO3-0.18(Bi0.5K0.5)TiO3陶瓷,進(jìn)行錳的摻雜實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中不斷研究其新的摻雜量,以期達(dá)到最優(yōu)配比。從而得出在錳摻雜量占陶瓷總物質(zhì)的量的0.005時(shí)，陶瓷的壓電、介電、鐵電性能較優(yōu)。

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第8篇：壓電陶瓷范文

關(guān)鍵詞：鐵電材料；電阻抗法；復(fù)合材料

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.182

1 壓電材料應(yīng)用前景

在19世紀(jì)80年代，英國(guó)物理學(xué)家居里兄弟在一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，偶然反現(xiàn)了壓電材料。1881年，物理學(xué)家根據(jù)熱力學(xué)三定律，發(fā)現(xiàn)了逆壓電效應(yīng)。但是在應(yīng)用研究上并沒(méi)有得到實(shí)際的應(yīng)用于進(jìn)展。直到1954年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了PbZrO3一PbTiO3固溶體（也稱壓電陶瓷）[1]，這種材料不僅具有優(yōu)異的壓電性和良好的穩(wěn)定性，還具有巨大的工程使用價(jià)值，使得研制出壓電片成為可能。隨著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種性能更加優(yōu)異的壓電材料―壓電陶瓷，壓電陶瓷的出現(xiàn)在壓電學(xué)的發(fā)展中具有劃時(shí)代的意義，奠定了壓電材料應(yīng)用基礎(chǔ)。壓電陶瓷在使用的過(guò)程中具有很高的靈敏度。可以實(shí)現(xiàn)把微弱的電信號(hào)（微弱的振動(dòng)信號(hào)）轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的位移信號(hào)（電信號(hào)），這種材料廣泛用于可海上聲納系統(tǒng)、天氣預(yù)報(bào)、家用電器制造等行業(yè)。地震是危害非常大的，而且產(chǎn)生地震的根源位于地球內(nèi)部深處，所以準(zhǔn)_預(yù)報(bào)出地震發(fā)生時(shí)間和位置是非常困難的，目前的科學(xué)技術(shù)是不能夠達(dá)到這一水平的，這個(gè)問(wèn)題一直以來(lái)困擾著科學(xué)家。壓電陶瓷對(duì)外界的振動(dòng)或者壓力是非常敏感的，甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀的振動(dòng)信號(hào)。如果用它作為制造地震儀的基本感應(yīng)元件，就可以比較靈敏準(zhǔn)確檢測(cè)地震的強(qiáng)度，指示出地震的方位和距離。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，本人相信壓電元件在地震預(yù)測(cè)中會(huì)發(fā)揮重要的作用。

2 傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介及缺點(diǎn)

傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)存在很多缺點(diǎn)：必須提前確定損傷出現(xiàn)的大致位置；要求被測(cè)機(jī)器停止運(yùn)行，這不僅降低了生產(chǎn)效率，耗費(fèi)時(shí)間，而且增加了成本。傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)于一些大型結(jié)構(gòu)特別是比較復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)等，從而大大限制了其應(yīng)用范圍。X射線在檢測(cè)分層時(shí)也受到上述限制；CT照相法對(duì)人體有害、操作者必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)；超聲法的信噪比低，不易分辨；微波法對(duì)較小缺陷不敏感；超聲C掃描無(wú)法識(shí)別薄板中的缺陷，檢測(cè)效率較低；表面滲透無(wú)法檢測(cè)復(fù)合材料的分層缺陷，這大大限制了該技術(shù)的應(yīng)用；紅外熱波成像受環(huán)境溫度、缺陷位置和缺陷性質(zhì)的影響較大；此時(shí)，高的頻率可以限制傳感區(qū)域，使損傷對(duì)振動(dòng)信號(hào)的影響同遠(yuǎn)端邊界條件的影響分開(kāi)，這就更有利于對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。可以看出與其他傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)比較，阻抗分析法無(wú)損檢測(cè)技術(shù)除了具有操作簡(jiǎn)便，測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)微小裂紋的無(wú)損檢測(cè)。

3 壓電無(wú)損檢測(cè)技術(shù)基本原理及優(yōu)勢(shì)

壓電無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在航空航天、紡織業(yè)、建筑業(yè)等部門有著很大的發(fā)展前景[2-4]。該方法利用正、逆壓電效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量電阻抗參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的檢測(cè)。圖1給出了壓電-電阻抗無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工作原理，將壓電陶瓷片粘貼固定在被測(cè)構(gòu)件上，同時(shí)對(duì)壓電片施加正弦或者余弦掃描激勵(lì)電壓信號(hào)，當(dāng)試驗(yàn)材料內(nèi)部出現(xiàn)微小裂紋或者缺陷時(shí)，其機(jī)械阻抗就跟著發(fā)生變化，從而影響附著構(gòu)件上壓電陶瓷片的電阻抗值的變化對(duì)壓電片電阻抗值進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)將測(cè)量的數(shù)據(jù)與健康的試件測(cè)量的阻抗數(shù)值進(jìn)行比較，就能確定試件是否發(fā)生損傷或內(nèi)在安全隱患。

電阻抗（EMI）是壓電效應(yīng)在結(jié)構(gòu)診斷方面的典型應(yīng)用[5]。壓電激振電阻抗技術(shù)可用于導(dǎo)電復(fù)合材料的損傷檢測(cè)，也可檢測(cè)工件的內(nèi)部損傷缺陷（裂紋、脫膠、分層和纖維斷裂等）[6，7]。此技術(shù)有如下特點(diǎn)： 1.阻抗技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)；2.工作的頻率范圍比較寬，對(duì)初期損傷非常敏感，可以實(shí)現(xiàn)微小裂紋的無(wú)損檢測(cè)；3.壓電片既作傳感器又作驅(qū)動(dòng)器，提高了傳感器使用效率，節(jié)省了成本；4.壓電陶瓷的體積比較小，進(jìn)行阻抗分析時(shí)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)物理和機(jī)械特性不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在線測(cè)量，提高了生產(chǎn)效率。

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第9篇：壓電陶瓷范文

1、無(wú)機(jī)壓電材料。分為壓電晶體和壓電陶瓷，壓電晶體一般是指壓電單晶體；壓電陶瓷則泛指壓電多晶體。壓電陶瓷是指用必要成份的原料進(jìn)行混合、成型、高溫?zé)Y(jié)，由粉粒之間的固相反應(yīng)和燒結(jié)過(guò)程而獲得的微細(xì)晶粒無(wú)規(guī)則集合而成的多晶體。

2、有機(jī)壓電材料。又稱壓電聚合物，如偏聚氟乙烯(PVDF)(薄膜)及其它為代表的其他有機(jī)壓電(薄膜)材料。這類材料及其材質(zhì)柔韌，低密度，低阻抗和高壓電電壓常數(shù)(g)等優(yōu)點(diǎn)為世人矚目，且發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在水聲超聲測(cè)量，壓力傳感，引燃引爆等方面獲得應(yīng)用。

3、復(fù)合壓電材料。這類材料是在有機(jī)聚合物基底材料中嵌入片狀、棒狀、桿狀、或粉末狀壓電材料而構(gòu)成的。至今已在水聲、電聲、超聲、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

以上就是對(duì)于壓電材料有哪些種類的介紹，網(wǎng)友們明白了嗎？

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