为了实现大位移行程、无耦合运动的精密定位，设计了一种结构紧凑、工作台面大的x-y-θz三自由度并联压电微动平台。该文首先采用双柔性薄板的柔顺桥式放大机构对微动平台的驱动单元进行了设计，并基于双平行四连杆柔顺机构设计了微动平台的台体，进而获得平台的整体结构。再采用有限元方法对平台的应力、位移放大倍数和模态进行了分析。最后对所设计的微动平台进行实验系统的搭建，并对平台的位移和频率响应特性进行测试。实验结果表明，平台在x方向上的最大输出位移为306.1 μm，耦合率为0.26%；平台在y方向上的最大输出位移为402.3 μm，耦合率为0.14%；在θz方向(即绕z轴)的最大转角为2.72 mrad。平台在x、y、θz方向的位移分辨率分别为10 nm、10 nm、0.1 μrad，固有频率分别为104.1 Hz、130.0 Hz、115.6 Hz。

为了减少压电驱动器迟滞非线性, 提高微系统的定位精度, 该文设计了基于自适应逆控制的压电驱动电源。选用型号TMSF320F28335的数字信号处理(DSP)芯片, 对信号调节器、前级DC-DC的Boost升压电路和后级DC-AC的单相全桥逆变电路进行设计分析。在CCS6.0软件开发环境下进行编程, 实现了SPWM驱动信号的生成、对位移信号进行AD采样和Prandtl-Ishlinskii自适应逆模型的功能。为了验证所设计的压电驱动电源的自适应控制性能, 采用压电陶瓷驱动器开展了基于自适应逆的驱动控制实验。结果表明, 在不采用控制的条件下, 1 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移均方根误差(RMSE）为3.239 5 μm, 绝对值平均误差(MAE）为2.985 1 μm; 随着频率的增加, 20 Hz时RMSE、MAE的最大值分别为21.402 9 μm、19.306 2 μm。使用基于自适应逆控制的压电驱动电源, 1 Hz时RMSE为0.324 9 μm, MAE为0.265 6 μm; 20 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移RMSE为12.639 μm, MAE为11.956 1 μm。

为了探究泵腔结构参数对压电气体隔膜泵性能的影响，该文设计了一种压电气体隔膜泵的泵腔结构。首先简述了泵腔的结构设计与工作原理，推导出泵腔出口气流速度的表达式，通过仿真得出泵腔高度、气孔直径对腔体内的瞬时气压、气流速度及气体流量的影响。最后制作了泵腔样机并应用在压电气体隔膜泵中，进行了实验测试及理论分析对比。结果表明，实验结果与理论分析相吻合，输出流量随着腔高的增大而减小，随着气孔直径的增大而增大，这为压电气体微泵的腔体设计提供了理论参考。

Diamond anvil cell (DAC) experimental technique is widely employed in the fields of physics, chemistry and materials for scientific research. Since Bridgman carried out metal anvil device and later development of DAC technique, novel design of DAC and applied pressure technique have been developed. This paper introduces the piezoelectric driving DAC device for achieving high pressure at low temperature of 20 K by in situ continuous tuning pressure. A tuning range is about 2—4 GPa. The DAC device can be easily embedded in a cryostat due to its small size and convenient operation.

针对微型器件封装对非接触式微胶量的需求, 研制了压电驱动微点胶器, 利用压电陶瓷管挤压毛细管产生的瞬时变形实现了微胶滴的分配。分析了毛细管内的流体行为及液滴形成条件; 基于多物理场耦合的方法, 建立了压电微喷的三设备(压电陶瓷、毛细管、胶体)耦合模型。然后, 讨论了驱动电压、喷嘴直径、胶体黏度对控制胶滴形成的影响。在构建的实验平台上, 开展了控制胶滴形成的实验研究。分析了多控制参数(喷嘴直径、胶体黏度、电压幅值、脉冲宽度)的复合作用, 通过匹配相应的参数实现了pL级微胶滴的非接触式分配。实验结果显示: 使用黏度为30 mPa·s胶体, 直径为10 μm的喷嘴, 在驱动电压幅值为50 V, 脉冲宽度为37 μs等参数配置下, 可获得最小胶滴的体积为8.31 pL。实验结果验证了所提出方法和研制工具的有效性。

为了实现对轻、薄、小产品的平稳输送, 利用圆形压电双晶片作为振动给料器的动力源, Z型弹簧片作为主振弹簧, 并基于系统共振方法设计了新型压电驱动式振动给料器。介绍了圆形压电双晶片驱动式振动给料器的工作原理, 建立了动力学模型, 获得了系统固有频率表达式; 分析了压电双晶片的振动模态, 确定了一阶振型为工作振型。研制了振动给料器样机, 利用样机测试了电压、频率与送料速度的特性曲线以及主振弹簧片角度对送料速度、送料稳定性、送料噪声的影响规律。试验结果表明: 电压为150 V, 频率为142 Hz时, 输送电池帽的速度为8.5 battery cap/s; 频率为136~148 Hz时,系统具备输送物料的能力, 共振条件下(142 Hz)输送速度最快; 随着电压的升高, 输送速度呈线性增加; 输送的单体物料质量增加时, 主振弹簧片安装角度宜变小。

提出了一种全新结构的超声波送料器。为了克服电磁干扰和消除噪声,采用基于压电陶瓷的超声波换能器作为送料器的驱动装置,对超声波换能器的振动模式和性能参数进行了分析和设计。为了实现给料器的有效振动,采用了垂直驱动型的结构,对结构进行了设计、计算,并建立了相关的方程。实验表明:在工作频率为17.5 kHz,弹簧片厚度为7 mm时,对直径3 mm的金属薄片的输送速度可达到36 cm/min。该送料器能够实现对微小物体的输送,物料运动趋势明显并且消除了电磁干扰。