基于频率波数域过滤的波场分离方法场常被用来从波场数据中提取反射波的波场，但由于检测误差的存在，该方法获得的反射波波场中噪声较多。利用高分辨率的激光超声检测，实现了铝板中超声导波波场的可视化，并将波场中相邻信号时间匹配后做差以弱化入射波，而后使用频率波数域过滤的方法对入射波进行深度过滤，对反射波波场进行有效提取。实验结果表明，利用该手段进行二次过滤提取的反射波波场轮廓清晰，所含噪声少。

针对新型压电器件—含金属芯压电纤维(MPF)—结构尺寸细小, 很难找到合适的测量夹具和测试方法等问题, 提出了一种操作方便的MPF测试方法。首先, 通过MPF的压电方程得到其测试模型, 并确定了MPF的电学性能测试步骤。然后, 研究了测量夹具对测量结果的影响。实验显示: 夹持位置在MPF的中间时容易产生偏离, 影响测量结果; 夹持位置在端部时, 谐振频率和反谐振频率的相对导纳值较小, 也不利于准确测量。另外, MPF尺寸细小, 夹持力也会影响MPF的谐振, 使测量结果产生误差。最后, 提出一种不需要夹持测量MPF的方法。采用该方法对PZN-PZT压电陶瓷的MPF进行了测量, 结果显示其压电应变常数d31为-97 pC/N, 机电耦合系数k31为0.197, 介电常数εT33为1 458。这种方法测试准确, 操作简单, 不易损伤MPF, 可作为MPF压电性能测试标准。

为了制备高性能无铅压电陶瓷,采用固相合成法和水热法合成了(K_xNa_1-x)NbO₃ (KNN)无铅压电陶瓷粉体。利用压制成型法在不同压力下成型,对不同粉体的烧结性能进行了对比,研究了粘结剂(PVA)添加量和陶瓷密度之间的关系,测量了用不同电压极化后陶瓷的压电特性,以及介电常数与温度之间的关系。结果表明:与固相合成法相比,水热合成的粉体有更好的烧结性,添加K会降低陶瓷的烧结性,陶瓷的密度对烧结温度非常敏感。1050 ℃保温2 h得到的K_0.5Na_0.5NbO₃陶瓷具有较高的压电常数d33 (90 pC/N),该陶瓷的居里温度为410 ℃。

基于压电元件的主动振动控制不仅需要复杂的信号处理系统,而且需要庞大的能量供给系统;被动控制中电感和电阻参数对环境变化适应能力差,而且低频控制时需要很大的电感,不容易实现。为了克服主被动控制存在的缺点,提出了一种基于同步开关阻尼技术的半主动振动控制的新方法。利用TMS320F2812处理器,通过合理的开关控制算法,使埋入复合材料悬臂梁约束端的压电元件上的电压极性在适当的时候进行翻转,使其电压始终与应变反相,从而达到振动控制的效果。实验结果表明,该方法可以使悬臂梁一阶振动模态减小3.164 1 dB。

根据作者早期研究中提出的一种新型功能梯度驱动器,设计并制备了该驱动器,建立了理论模型,并对驱动器的性能进行了测试。这种新型功能梯度驱动器由4种基于Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3系列的材料复合而成,且4层材料的压电常数和介电常数在厚度方向上的梯度变化相反,这种梯度结构能使驱动器结构内部的应力分布优于传统弯曲驱动器。为了对驱动器进行优化设计,利用经典复合材料力学和压电方程建立了功能梯度压电驱动器的理论模型,并计算了不同厚度配比的驱动器受电压和自由端集中力单独作用时的准静态变形和应力分布,通过分析驱动器的内部应力,确定了各层最优厚度配比为1∶1∶1∶1。根据优化结果成功制备了功能梯度压电驱动器,并测量了驱动器自由端输出位移与输出力的关系。测量结果表明,功能梯度压电弯曲驱动器的输出位移和输出力呈线性关系,并且频率越低,输出位移和力就越大。

建立了悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维新型压电弯曲驱动器的理论模型。根据第一类压电方程,推导出自由端位移、夹持力和弯曲共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响,并把理论计算结果和有限元分析结果进行了比较。实验结果表明,悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维弯曲驱动器的自由端位移可达589 μm,夹持力可达427 μN,一阶弯曲共振频率为28 Hz,有限元分析结果和理论值基本吻合,说明这种驱动器有较大的端部位移、较小的夹持力和较低的弯曲共振频率。