压电陶瓷频率响应及振动面幅值激光外差测量

压电陶瓷已广泛应用于检测、通讯等各个领域。该文采用外差式激光干涉测量法,开展了压电陶瓷振动特性研究。首先给出了激光外差干涉测振仪测试压电陶瓷振动特性的测量方法,并通过实验测得了压电陶瓷片单点振动的频率响应曲线,同时测量了径向直线上若干点的振动频响曲线,进而进行了整个压电陶瓷圆环表面在其谐振频率点的振动测量。实验结果表明,实测压电陶瓷片的谐振频率为30 710 Hz,与其产品标定值30 000 Hz存在710 Hz偏差。其圆环表面振动的振型具有不对称性,这对压电陶瓷的应用设计提供了指导意义。     

压电陶瓷圆环共振器的轮廓模式耦合振动

利用解析方法,本文研究了压电陶瓷厚圆环的耦合振动,分析了圆环的径向振动与厚度振动之间的关系,从理论上推出了决定压电陶瓷圆环耦合振动频谱的频率方程.实验表明,与一维振动理论的结果相比.本文方法得出的结果与实测值更加符合.     

一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器

 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性.     

一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器

提出并研究了一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器,与传统的点环形盘形压电陶瓷变压器相比,原来整个压电陶瓷圆盘由不同厚度的压电陶瓷内盘和外环所代替。论文应用压电方程并结合相关弹性理论对厚度极化的压电陶瓷圆盘和圆环的径向振动进行分析,并利用解析法获得了新型变压器径向振动的机电等效电路。在此基础上,得出了新型变压器的输入阻抗、共振频率、反共振频率、电压增益和功率效率的解析解;将计算所得共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果进行比较验证,模拟结果和理论计算值相吻合;且分析探讨了新型压电变压器的几何尺寸对最大电压增益和其对应的频率的影响。     

微天平用无铅压电体谐振频率温度补偿研究

针对现有催化燃烧式瓦斯传感器气体选择性差等不足,试制研发无铅压电式微天平传感器。但压电陶瓷固有的频率-温度系数特性,使其谐振频率出现漂移,影响精度。故依据压电陶瓷及器件结构特征,对其谐振频率特性进行补偿,以满足谐振器高精度、高稳定性等实际需求。通过有限元分析与试验方法确定了NKBT无铅压电陶瓷典型谐振体在获得单一谐振频率时的主要尺寸比例关系;然后基于实验测试结果,建立了频率温度漂移量与温度的函数关系,计算出频率温度系数,并利用试验检测了其精确性;最终通过推导获得了无铅压电陶瓷NKBT的补偿算法,该算法可以对微天平测量系统进行补偿。结果表明,对于两种压电振子,线性函数关系具有较好的效果,补偿后径向伸缩振动和横向伸缩振动谐振频率的相对误差分别为5.5%和6.8%,补偿效果良好。     

串叠复合材料圆环阵水声换能器设计及制备

提出了一种新型高频宽带压电复合材料圆环阵换能器,综合采用了压电复合材料和多模耦合振动来拓展换能器带宽。通过ANSYS软件对其进行有限元建模仿真,得到了该换能器谐振频率和带宽随压电陶瓷圆环厚度、高度和平均半径的变化规律,并根据仿真结果确定了换能器敏感元件最优设计方案。由最优参数加工得到用于叠堆的两个压电复合材料圆环,并将两压电复合材料圆环轴向叠堆,最终制作了双圆环叠堆压电复合材料水声换能器。经测试,该新型换能器形成了明显的双模耦合振动,其-3dB工作带宽为320~410kHz,最大发送电压响应达147.8dB。研究结果表明,利用复合材料和多模耦合振动可以大幅度拓展高频换能器的带宽。     

一种新型扭转振动压电陶瓷超声换能器

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器.基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式.在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大.     

糖类抗原CA125水平测定在结核性腹膜炎诊治中的意义

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器.基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式.在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大.     

压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计

为了有效吸收反射镜偏转造成驱动点的横向位置偏差,保护压电陶瓷驱动器,抑制反射镜在非工作方向上的自由度,提高系统谐振频率,设计了基于压电陶瓷驱动的快速反射镜三自由度柔性支撑。首先根据压电陶瓷驱动的快速反射镜对柔性支撑的设计要求确定了由支撑杆与支撑片组成的三自由度四周式柔性支撑方案,再利用压杆稳定性理论与变形能法对支撑杆与支撑片进行参数设计,最后利用workbench对设计结果进行分析。有限元分析结果表明,直径1 mm、长度8 mm的柔性支撑杆的应用可以使压电陶瓷的剪切位移减少86.7%,柔性支撑片的应用使反射镜一阶模态为轴向平移振动,谐振频率为360 Hz,二三阶模态为反射镜两轴偏摆振动,谐振频率为420 Hz,而高阶模态在1 000 Hz以上。三自由度柔性支撑可以有效防止压电陶瓷受到剪切破坏,提高快速反射镜结构谐振频率,有利于提高系统闭环带宽。     

夹心式纵弯复合模式压电陶瓷超声换能器的研究

对夹心式纵弯复合压电陶瓷超声换能器进行了理论及实验研究，该换能器由金属细棒及纵向极化的压电陶瓷圆环组成。得出了换能器中纵向振动和弯曲振动的共振频率方程。通过修正金属细棒的长度和横截面积，实现了换能器中纵向振动与弯曲振动的同频共振。实验结果表明，换能器的测试频率与计算频率基本符合，而且换能器的纵向频率和弯曲振动频率也吻合。     

超声手术手柄振动系统的有限元与实验分析

给出了有限元法求解压电耦合振动的原理，利用有限元软件ANSYS对手柄振动系统进行了模态分析和谐响应分析，得到了精确的纵振动振型以及刀头的振幅、系统振幅放大系数等结果。并分析了施加的电压、压电片数和阻尼对刀头振幅的影响。利用动态信号分析仪对手柄的谐振频率进行了测试，结果与有限元计算的谐振频率非常接近。     

利用激光干涉技术研究压电换能器的谐振特性

介绍了压电超声换能器的基本结构及振动模态，利用先进的激光多普勒干涉仪对自制换能器的谐振特性以及振动速度和位移分布进行了测量和分析，并与有限元分析的结果进行了对比，实验表明，实验测量模态结果与有限元分析结果基本相符，激光多普干涉技术是一种直观研究压电超声换能器振动的有效手段。通过有限元分析和先进测量手段的结合与对比，对换能器的设计和制作具有指导意义。     

压电谐振式矿用甲烷传感器探头设计与研制

设计一种用于甲烷浓度监测的基于压电陶瓷谐振的传感器探头。利用有限元分析软件辅助设计2种具有较大吸附面积的谐振体;分别以5A型沸石分子筛和活性炭修饰谐振体,构成4种传感器敏感探头;利用自行搭建的测试平台在甲烷体积分数为0⁷.6%间对不同敏感探头阻抗谱谐振峰偏移量灵敏度与线性度的对比分析,结果表明,以5A型沸石分子筛与板状谐振体组合得到的探头在爆炸浓度下限谐振峰偏移162Hz,具有较好的灵敏性;由活性炭与环状谐振体组合得到的探头在爆炸浓度下限以下具有良好的线性。     

宽频带径向极化压电圆管水声换能器研究

利用径向极化的压电圆管制作了一种便携式宽频带换能器。依据薄膜理论模型,分析了压电圆管的振动特性,主要应用有限元法对其进行优化设计,并给出了薄膜理论、有限元法和试验数据的一个对比,结果表明:有限元法设计准确,研制的宽频带换能器满足实际应用的要求。     

基于ANSYS的压电陶瓷晶片PZT仿真分析

电力支柱瓷绝缘子超声波检测对预防和检测绝缘子裂纹和断裂起到重要作用,换能器是超声波检测的基础元件,而换能器的核心部件是压电陶瓷晶片,其性能直接影响到检测结果。该文研究针对有限元法和传统解析法在压电陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ANSYS有限元分析软件对压电陶瓷锆钛酸铝(PZT)晶片进行特性分析,基于ANSYS的电-结构耦合场模型,对超声波换能器的矩形压电晶片进行静态、模态、谐响应和瞬态分析。通过模态分析和谐响应分析可得到晶片的一阶纵向振动和二阶弯曲振动的固有频率、振型及频率位移响应及影响因素等信息,研究结果对提高超声辐射功率及超声换能器的性能有一定的理论指导和工程应用价值。