1、基于壓電效應的傳感器與執(zhí)行器以其優(yōu)越的性能在國民經濟和國防工業(yè)中發(fā)揮著獨特作用，現(xiàn)代精密測試與驅動技術的發(fā)展迫切需要深化與擴展壓電理論，對多次壓電效應的理論與應用研究勢在必行。本文在國家自然科學基金(50675026)的資助下，運用壓電學、晶體物理學、電介質物理學、各向異性彈性力學等交叉學科的理論，對壓電晶體多次壓電效應進行了深入系統(tǒng)地研究，研制出基于多次壓電效應的微執(zhí)行器和自感知執(zhí)行器。本文具體工作如下：
　　 基于經典壓電理

2、論研究了壓電晶體的縱向三次耦合效應，提出壓電晶體三次正、逆壓電效應的實驗研究方法。從四類壓電方程出發(fā)，推導出壓電體分別在外應力和外電場作用下的多次壓電效應的通用數學模型。通過與改變PZT-5疊堆邊界條件等效的實驗方法得到了縱向三次耦合效應，實驗表明三次正、逆壓電效應產生的結果與壓電疊堆所施外場具有良好的線性關系，實驗結果不僅驗證了多次壓電效應理論的正確性，而且證明了所提出的實驗方法的科學性和可行性。同時，采用兩片由壓電系數dll轉換的x

3、y切型石英晶片制成壓電石英晶組，研究了工程實際中廣泛應用的壓電石英三次壓電效應，通過與壓電石英晶組并聯(lián)遠大于其等效電容量的電容，消除了壓電石英中的多次壓電效應，從而量化壓電石英晶體的縱向三次壓電效應，并得到了多次壓電效應對石英傳感器靜態(tài)靈敏度的影響結果，實驗表明壓電傳感器的靜態(tài)靈敏度提高了1.75％。分析了多次壓電效應對壓電石英力傳感器剛度、固有頻率和機電耦合系數的影響。
　　 研制開發(fā)出基于壓電陶瓷疊堆多次壓電效應的微執(zhí)行器。

4、研究了基于多次壓電效應微執(zhí)行器的原理，并驗證了其可行性。通過選擇微執(zhí)行器的核心元件，確定其結構形式和預緊方式，從而建立了微執(zhí)行器的力學模型，設計了微執(zhí)行器的執(zhí)行板和殼體，得到各部件的尺寸參數，并通過有限元分析進一步驗證了微執(zhí)行器的各部件參數選擇的合理性，最后研制出基于多次壓電效應的微執(zhí)行器。對微執(zhí)行器進行了性能檢定，靜態(tài)標定結果表明微執(zhí)行器的外載荷與其輸出電壓、彈性位移以及二次逆壓電位移均具有良好的線性關系。在動態(tài)標定中得到微執(zhí)行器的固

5、有頻率為4.433 KHz。該微執(zhí)行器不僅能夠實現(xiàn)彈性位移和二次逆壓電位移的兩次定位，而且可通過微執(zhí)行器的一次正壓電效應進行外載荷的校驗。
　　 基于多次壓電效應理論進行了壓電執(zhí)行器位移自感知的研究，提出基于多次壓電效應自感知執(zhí)行器的解耦方法。通過引入參考電容，采取電流積分與差分比例運算電路相結合的方式進行PZT-5疊堆執(zhí)行器的位移自感知實驗，結果表明壓電執(zhí)行器本身產生的多次正壓電效應可以反映其輸出位移信息，同時證明了解耦方法的