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研究生: 李仁傑
論文名稱: 碟形超音波致動器結構變異之動態量測與分析
Dynamic Measurement and Analysis of Variable Disc-type Ultrasonic Actuators
指導教授: 歐陽敏盛
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 98
中文關鍵詞: 超音波致動器動態特性鑑別系統鑑別理論假性隨機二進位序列阻抗分析儀
外文關鍵詞: ultrasonic actuator, dynamic identification, system identification method, pseudo random binary sequence, impedance analyzer
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  • 本文的研究是針對碟型超音波致動器的動態特性做鑑別與分析,鑑別與分析的對象為本實驗室所發展的四種不同型式的碟型超音波致動器,並建立一套量測系統,以利做碟型超音波致動器的動態特性分析。
    本研究主要是以系統鑑別理論及改良假性隨機二進位序列(Pseudo Random Binary Sequence,PRBS)訊號使用軟體實現,並藉此建立不再需要因鑑別對象的不同,而須重新設計硬體電路,可讓使用者自行規劃與設計的量測系統,在以阻抗分析儀(HP4194)和建立的量測系統尋找超音波致動器的共振和反共振頻率,及從事超音波致動器的等效電路建立,並利用超音波致動器的測試平台做各項特性的量測及作超音波致動器的性能評估,使其能與實驗結果互相比對及驗證。
    本文建立的量測系統適合作超音波致動器的掃頻與動態特性的分析,並可取代昂貴的阻抗分析儀,也可讓使用者對不同的鑑別對象,自行設定量測系統的參數;在致動器的性能評估方面,以超音波致動器經過缺口化的設計,所展現的整體致動能力為最佳。


    This study intends to identify and analysis the dynamic characterization of single-phase disc-type ultrasonic actuators that include four of design invented by the Mirco Precision Mechanical Electronics (MPME) group at the National Hua University, therefore a suite of measure system is established in the thesis, it is to make the dynamic characterization of the analysis of MPME.
    This research is mainly to implement system identification method and improved pseudo random binary sequence (PRBS) signal by software, it can be not to redesign of hardware circuit with identify different target, therefore to build up a measuring system can be planed and designed by user. The resonance and antiresonance frequency are measured by the HP4149, to build up equivalent circuit of the ultrasonic actuator. The ultrasonic actuating testboard is used by estimate performance each item property of ultrasonic actuator, the experiment result will be to verify and compare the property.
    This text will be structuring a measure system that it is suitable to look for frequency and analysis dynamic property of ultrasonic actuator, it will be to replace the impedance analyzer, and this measure parameters can set by user in different identify target. The ultrasonic actuator is most optimal in entirely actuating capability and performance estimated aspect before a breach design method .

    摘要 Ⅰ 致謝 III 目錄 Ⅳ 圖目錄 Ⅶ 表目錄 XII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1壓電材料的發展史 2 1.2.2壓電材料的特性 8 1.2.3壓電材料的種類與應用 11 1.3 研究動機與目的 14 1.4 本文內容 15 第二章 超音波致動器及系統鑑別理論 16 2.1 超音波致動器理論 16 2.1.1 壓電效應 16 2.1.2 壓電陶瓷的共振特性 18 2.1.3 超音波致動器工作原理 20 2.2 系統鑑別理論 22 2.2.1 鑑別模型 22 2.2.2 散佈係數理論 27 2.2.3 擾動信號源理論 29 第三章 實驗平台的量測架設及實驗方法與實驗對象介紹 33 3.1 傳統動態量測分析方法回顧 33 3.2 實驗平台的量測架設與實驗方法及實驗對象介紹 36 3.2.1 實驗儀器與設備 36 3.2.2 實驗對象超音波致動器介紹 37 3.2.3 假性隨機二進位序列掃頻量測架設與實驗方法 39 3.2.4 驅動電路量測架設與實驗方法 47 第四章 壓電性質之量測實驗結果分析 48 4.1 壓電性質之機電耦合係數介紹 48 4.2 電感值的匹配計算 51 4.3 機電耦合係數計算 53 4.4 實驗結果分析 64 第五章 等效電路建構與分析 80 5.1 等效電路推導過程 80 5.2 等效電路分析 81 5.3 討論 90 第六章 結論 93 6.1 結論 93 6.2 建議事項 94 參考文獻 96

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