为突破压电式雨量传感器在小雨滴粒径方面的检测精度, 该文提出了一种新型的换能器设计结构。在传统换能器结构四周增加压电双晶片的外围结构, 通过ANSYS瞬态分析法分别对中心弧形结构、外围压电双晶片、压电纤维复合材料及压电纤维复合材料双晶片等结构在不同冲击位置的电压进行仿真分析, 同时对压电纤维复合材料双晶片因不同水膜厚度引起的阻抗特性进行仿真分析, 最后验证了仿真结构的有效性。结果表明, 该研究对于新型雨量传感器提高雨滴检测的灵敏度, 实现新型雨量传感器关键技术突破起到了一定支撑作用。

利用柔性压电材料从流体的流动中获取能量已成为一个研究热点。该文研究了一种压电纤维复合材料(MFC)在水中摆动激励下的压电特性, 建立了MFC压电纤维片在水中摆动激励下的数学模型, 并结合MFC压电纤维片的压电输出机理得出影响MFC压电纤维片输出开路电压幅值大小的因素。最后设计搭建了MFC压电纤维片在水中摆动的试验台, 利用该试验台验证了模型的正确性, 并研究了MFC压电纤维片在不同摆动频率下的压电特性。结果表明, 在摆角幅值为10°, 摆动频率为1.75 Hz时, MFC的输出开路电压幅值取得最大值(600 mV), 继续增大摆动频率, 输出开路电压幅值逐渐减小。

为了对基于柔性压电材料的流致振动俘能装置的设计优化提供技术支持, 对一种压电纤维复合材料(MFC)的压电纤维片在弯曲摆动作用下的压电特性展开研究。首先理论分析了MFC压电纤维片的压电输出机理, 并建立了压电模型, 得出影响MFC压电纤维片输出开路电压幅值大小的各种因素; 然后设计搭建了一种基于步进电机的MFC压电纤维片往复弯曲摆动试验台, 利用该试验台研究了MFC压电纤维片在不同弯曲角度、弯曲摆动速度、基板、表面积等因素下的压电特性。研究结果表明, MFC压电纤维片的输出开路电压幅值随纤维片弯曲角度的增加而增大, 当输出电压幅值达到最大值, 继续增加弯曲角度, 输出开路电压幅值不会产生明显变化; 其输出开路电压幅值随压电片表面积的增加而变大; 弯曲摆动速度及基板对输出开路电压幅值影响较小。