环/柱结构磁电复合振子的磁控谐振频率偏移

从磁电耦合的角度,探讨磁场对环/柱结构压电/磁致伸缩复合振子谐振频率的调控作用.利用磁致伸缩Tb_xDy_(1-x)Fe_(2-y)(TDF)和压电材料Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)构成的环柱磁电复合结构,分别从理论和实验两方面研究了磁场对复合振子谐振频率的影响.从压电相和磁致伸缩材相的本构方程出发,理论推导了压电相电容与磁场、谐振频率和材料参数的函数关系,数值模拟了环/柱状磁电复合振子的基频和一级谐振频率随磁场的变化;实验研究了环/柱状复合振子的谐振频率随磁场的偏移规律,即复合振子的基频和一级谐振频率都随磁场的增加先向高频偏移然后又转向低频方向偏移.当磁场为200 Oe时,谐振频率偏移量达到最大值,分别为9.50 kHz和3.50 kHz;数值模拟谐振频率偏移量与实验基本吻合.     

偏铌酸铅压电陶瓷材料性能的测定

针对机械品质因数特别低的压电陶瓷材料,提出了一种测量机电耦合系数和机械品质因数的方法,并用来测定了PbNb_2O_6陶瓷的材料参数。在这个方法中,利用低频阻抗分析仪(HP—4192A型)测量压电振子的阻抗随频率的变化,画出导纳圆图,由导纳圆图得出所需的振子参数,然后计算出径向伸缩振动的机电合系数k_p和机电械品质因数Q_m。对于厚度伸缩振动模式,由与上述径向仲缩振动模式相同的步骤得出机械品质因数,并由泛音比法计算机电耦合系数k_s,所需的泛音及基音频率仍然由低频阻抗分析仪测定。     

磁电复合振子PbZr_(0.48)Ti_(0.52)O_3/Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.92)的电容型磁阻抗效应

谐振频率及阻抗匹配是压电换能器中十分重要的参数.基于压电陶瓷圆环Pb Zr_(0.48)Ti_(0.52)O_3(PZT)和磁致伸缩材料铽镝铁Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.92)(TDF)构成"环-环"磁电复合振子,实验研究磁场作用下,由磁电复合振子的有效介电常数变化引起的电容型磁阻抗以及磁控谐振频率偏移效应.实验结果显示,谐振频率和反谐振频率下的磁阻抗可达18%、32%;当磁场为800 m T时,谐振及反谐振频率的最大偏移量约为9 k Hz.利用复合材料的磁-力-电耦合效应,对电容型磁阻抗及磁控谐振频率偏移进行了理论分析.本研究为解决压电换能器谐振频率的漂移问题及阻抗匹配提供了实验及理论基础.     

一种内贴片式压电泵的结构设计与理论分析

针对无阀压电泵的输出压力小的问题,提出了一种内贴片式无阀压电泵.压电泵采用螺纹配合结构,由压电振子和螺杆组成,其中压电振予包括金属基体和压电陶瓷片.压电振子通过交流电信号形成旋转弯曲运动,与外部衬套配合形成可移动空腔运输液体.首先进行了模态理论分析,构建了水环境下的流固耦合运动方程.接着利用有限元软件对压电振子进行了模态分析.结合频率一致性和相邻干扰模态设计要求,对压电振子的结构参数进行优选.对压电振子的湿模态进行了仿真分析.结果 表明:与空气条件下相比,水环境下的振动频率较低,下降了343.7 Hz和326.4 Hz,并且频率一致性更差,这为后续压电泵研究分析打下了基础.     

斜缝式结构压电复合盘径扭模式转换机理探讨

通过开狭缝的方法实现压电复合盘的径扭振动模式转换,并对其模式转换机理及径扭复合振动特性进行了分析和研究.基于机电类别原理,引入2个振动耦合系数,建立了压电复合盘径扭复合振动耦合机电等效电路模型,得出了其频率方程,探讨了狭缝的斜角对系统共振频率的影响.结果表明:复合盘共振频率随斜缝斜角增大而降低,与实验结果相吻合;该压电复合盘能够驱动转子转动,有望在超声波电机中获得应用.     

压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用

文章介绍了超声波测距的原理,论述了超声波测距仪的主要部件——压电陶瓷换能器的结构设计。证实将振子设计成压电陶瓷和金属片的矩形粘合片的形式,可实现与空气声阻抗良好的匹配。并当谐振频率为36kHz时,弯曲振动模式产生的超声场呈扇形,使所发射的超声波在空气中的传播效率较高,满足了仪器对检测范围、精度和灵敏度的要求。     

基于ANSYS的压电陶瓷振子横向效应分析

该文运用ANSYS对导波检测时所使用的矩形pzt-5H型压电片陶瓷振子进行了谐响应分析和瞬态分析,瞬态分析时加载汉宁窗调制的音频信号。首先通过谐响应分析确定了压电陶瓷振子横向效应的谐振频率,然后通过瞬态分析分析了压电陶瓷振子的瞬态响应能力。结果表明,汉宁窗调制的音频信号能够驱动压电陶瓷振子振动,但表现出迟滞现象。     

径向夹心式复合换能器径向振动特性研究

研究了一种新型径向夹心式复合换能器的径向振动。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆环及内外金属环构成。获得了压电环及金属环的机电等效电路,根据机械边界条件,得到换能器的三端机电等效电路,并求得换能器的频率方程。得到共振频率反共振频率以及有等效机电耦合系数与复合换能器几何尺寸间的理论关系。同时用有限元方法对换能器的径向振动进行模拟仿真,并实验测量了换能器的共振与反共振频率。结果表明,理论计算、模拟仿真以及实验测量结果符合较好。     

叠加式压电陶瓷智能骨料特性仿真研究

基于一维压电弹性理论建立叠加式压电陶瓷智能骨料的理论模型,并在此基础上采用数值分析方法研究压电陶瓷电学连接方式和叠加数量以及单片压电陶瓷厚度、水泥保护层厚度等关键结构参数对智能骨料的谐振频率、机电耦合系数、智能骨料激发器输出位移及传感器输出功率的影响。结果表明,智能骨料的谐振频率和反谐振频率随压电陶瓷的厚度和叠加片数、保护层厚度的增加而不断减小,且压电陶瓷串联叠加时谐振频率与反谐振频率之间的差值大于并联叠加时的对应差值;智能骨料的机电耦合系数随压电陶瓷的厚度和叠加片数的增加而增大;智能骨料激发器的输出位移与智能骨料传感器的输出功率随压电陶瓷叠加片数的增多而加大,且压电陶瓷串联叠加时的激发器输出位移和传感器输出功率均大于并联叠加时的输出值。     

基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃,PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到22.12 MHz,有效机电耦合系数(k_eff²)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.     

一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性研究

研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在此基础上,利用换能器径向力及径向振动速度的连续条件,得出了压电陶瓷径向复合超声换能器机电等效电路及其共振频率方程.分析了换能器的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径保持一定情况下,换能器半径比增大时,共振及反共振频率随之增大.对于换能器第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随半径比增大单调增大,而第二阶径向振动有效机电耦合系数随半径比增大单调减小.     

矩形压电陶瓷振子的耦合振动

利用等效弹性法分析了矩形压电陶瓷振子的二维耦合振动,通过引入等效弹性常数和二维耦合系数得出矩形压电陶瓷振子的共振频率方程和耦合系数方程,探讨了耦合系数、共振频率与压电振子宽长比的依赖关系。利用数值法对压电振子的振动特性进行了模拟及仿真,并与解析结果进行了比较,二者吻合较好。最后用实验进行验证,实验结果与仿真结果有很好的一致性。     

压电双晶片弯曲振动频率方程及其位移解

利用小挠度理论推导设计压电双晶片弯曲振动的频率方程,得到其弯曲振动位移解.利用有限元方法计算压电双晶片弯曲振动的谐振频率.对研制的压电双晶片振子测得其谐振频率,测试结果与有限元计算结果、利用压电方程和小挠度理论推导的频率方程求得的结果相吻合.这说明,所推导的频率方程可于设计自由边界压电双晶片振子.     

超声测距换能器振动系统的理论设计与测试

讨论了采用复合压电振子的测距换能器振动系统的设计方法,推导出在自由边界条件下复合压电振子的频率方程.找出某一特定频率下测距换能器的几何参数,并进行相同尺寸下的测距换能器实验验证.最后得到设计测距换能器振动系统的几何参数.     

声波测井压电陶瓷换能器极化特性分析

从声波测井圆管状压电陶瓷换能器的极化方式出发，对径向和切向极化条件下，换能器的主要特性参数进行了计算、对比、分析，指出了极化方式决定换能器机械谐振频率、机电转换系数、静态电容、机械谐振时的接收灵敏度等参数。     

基于磁场传感器的层状磁电复合振子磁阻抗效应

运用磁电耦合理论及等效电路法对磁致伸缩/压电三层和五层磁电复合振子的磁阻抗效应进行了理论和实验研究.理论研究表明,由磁致伸缩导致的压电振子内应力的改变,引起磁电复合振子的磁阻抗效应.实验结果显示,无论是在磁电复合振子的谐振还是反谐振频率,五层磁电复合振子的磁阻抗明显大于三层复合振子的磁阻抗.利用等效电路分析了该实验结果,并运用复合材料磁电耦合的乘积效应解释了磁阻抗产生的原因.测试结果显示,在谐振和反谐振频率下,五层串联复合振子的磁阻抗ΔZ/Z最大值分别为46.9%和60%,而三层复合振子的磁阻抗ΔZ/Z最大值分别为13%和30.2%.由实验结果计算得出三层和五层磁电复合振子的磁分辨率分别可达2.2×10-10 T·μΩ-1和2.5×10-11 T·μΩ-1.研究结果为磁电复合振子在磁异常探测传感器中的应用提供了实验及理论基础,并有助于优化以层状磁电复合振子为核心的磁场传感器的结构.     

复合压电振子的ANSYS模态分析

在ANSYS的软件平台上,利用有限元分析方法对复合压电圆片振子进行建模仿真实验,得到在不同边界条件下复合压电振子弯曲振动一阶模态及振幅分布图,仿真振动频率与理论计算值非常接近.相对传统振动模式分析方法,此方法更为简单、直观.     

径向振动压电陶瓷薄圆盘振子的机电等效电路与共振频率研究

对轴向极化压电陶瓷薄圆盘振子径向振动进行了理论和实验研究.推出了其机电等效电路,得出了振子共振和反共振频率方程,探讨了振子共振和反共振频率与材料参数之间的依赖关系,给出了压电陶瓷薄圆盘振子的共振及反共振频率与其泊松系数之间的解析关系.实验结果与理论计算符合较好.     

管形径向复合压电陶瓷超声换能器

对一种圆管形径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性进行研究.该换能器由径向极化薄壁压电陶瓷短圆管与薄壁金属短圆管径向复合而成.基于弹性力学理论和机电类比原理,建立了换能器径向振动机电类比等效电路,并推导出其径向共振频率、反共振频率方程及有效机电耦合系数的解析式.实验加工了一些径向复合换能器样品,并对其径向共振频率及有效机电耦合系数进行了测试.结果表明,理论与实验测试结果相吻合.     

圆盘形压电陶瓷复合变压器的等效电路和特性

研究了由压电陶瓷圆盘,金属环,压电陶瓷环组成的圆盘形压电陶瓷复合变压器。推导了这种压电变压器的等效电路,输入阻抗,共振、反共振频率方程和电压增益方程。分析计算了压电变压器尺寸变化对频率、有效机电耦合系数的影响。研究了负载变化对压电变压器频率、有效机电耦合系数的影响,探讨了电压增益与负载的关系。研究表明,变压器随壁厚比的升高共振和反共振频率皆升高,有效机电耦合系数降低;随负载的升高,共振、反共振频率及电压增益升高,有效机电耦合系数降低。