考虑粘结层和阻抗解析表达式的压电阻抗模型

引用根据自由梁振动原理得到的一维梁结构机械阻抗解析表达式,并考虑压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)和梁结构之间的粘结层对二者的应力应变传递过程的影响,改进了一维梁结构压电阻抗模型.在粘结系数ξ分别为0.01、0.02和1.00的3种粘结状态下,对5～80 kHz频率范围内PZT耦合电阻抗进行了数值计算.测量计算得到α-氰基丙烯酸乙酯、环氧树脂和改性丙烯酸酯三种粘结剂的粘结强度,分别为0.882 MPa、7.621 MPa和10.198 MPa,并在3种粘结状态下测量了5～80 kHz频率范围内PZT的耦合电阻抗.研究表明,数值模拟和实验测量所得的耦合电阻抗谱符合良好,数值计算与实验结果峰值对应频率的相对误差范围是0.25％～6.06％.     

横向场激励的BT-切石英传感器研究

研究了BT-切石英横向场激励(LFE)的耦合特性、声波相速度及其传感器在液体中的敏感性能.理论计算表明,当横向场方向与晶轴x方向垂直时,b模式的LFE耦合系数达到最大值6.68%,a和c模式的LFE耦合系数为0,此时激发的声波相速度也达到最大值5 079 m/s.实验发现,器件在液体中,具有较高的机械及电特性灵敏度.结果表明,在b-模式LFE耦合系数为0的方向上,器件实际上工作在伪横向场激励模式.     

电致伸缩陶瓷材料的非线性机-电转换效应的研究——一种新型的电声混频、倍频器

一种具有大电致伸缩效应的陶瓷材料弛豫铁电体PZT:La被我们发现了。电致伸缩也是一种基本的机-电耦合效应。由于S=ME~2,它是个二次方函数,因此所产生的机-电耦合是一个非线性效应。通过实验我们观察到了电致伸缩所特有的非线性机-电转换功能。利用双晶片的弯曲振动模式可以制造出结构简单、成本低廉的电声倍频器、混频器,可适用于整个低频范围。     

平端光纤与锥端微透镜光纤的耦合研究

建立了平端光纤与锥端微透镜光纤对耦合的理论模型,得到耦合系数的计算公式.用研磨技术制作了几种不同锥角的光纤,并对它们进行耦合试验,得到最大耦合效率.实验表明实验结果与理论计算结果是一致的.     

利用MWS设计螺旋线行波管耦合结构

利用CST MWS仿真软件对螺旋线行波管耦合结构进行设计.首先,利用MWS仿真结果得出同轴线与螺旋线慢波结构连接部分的反射系数;接着,对高频窗进行了设计与优化;最后,计算出整个耦合结构可能产生的最大驻波系数小于2.0.对比理论值与冷测试数据表明,实测值小于理论计算的最大驻波系数.因此,在螺旋线行波管耦合结构的设计过程中,通过对驻波系数最大值的控制,可以满足实际工程的要求.     

基于模式匹配的同轴腔耦合分析及其应用

采用半解析的模式匹配方法分析并计算矩形同轴谐振腔之间窗口耦合的耦合系数,结合等效电路计算了存在第三个谐振腔时两同轴谐振腔之间窗口耦合的耦合系数.比较了计算两腔的耦合系数时,采用模式匹配法和有限元法的计算效率.结果表明,达到相同精度时,模式匹配法具有更高的计算速度.根据计算所得耦合系数设计了两个分别具有对称响应和非对称响应的C波段同轴腔滤波器,经调试后,滤波器测试结果与设计的理论响应吻合较好,验证了模式匹配方法计算矩形同轴谐振腔通过窗口耦合的耦合系数的有效性.     

新型电致伸缩材料

虽然电致伸缩是一种基本的机-电耦合效应,但是对它的实验研究开展得较迟.其原因是由于电致伸缩效应是二次效应,通常由感应产生的形变量是非常之小给实验带来了困难.现在对于常用单晶的电致伸缩系数大部分尚未测定,在这种情况下要对电致伸缩的理论(微观的)作解释是困难的.但是,近年来在天文学、光学的领域里希望得到能够微秒地调节光角度、光路程的位移元件.由于这些应用上的要求,使得电致伸缩效应开始引起了人们的注意.     

新型电致伸缩材料及应用

机—电材料的最新课题之一——大电致伸缩材料,在中心对称晶体中观察到的电致伸缩效应是二次机电耦合效应,其主要特点是没有电滞现象及老化影响.本文评述了Cross等人研制的PMN系组份及我们最近研制的La:PZT组份的电致伸缩特性,并介绍了利用这些新型材料制作的位移致动器,非线性机-电换能器在精密机械、光学、电-声学方面的应用情况.     

ZnO压电薄膜SAW机电耦合系数的测量

根据叉指换能器等效电路模型,通过实验证明了阻抗法是测量ZnO薄膜SAW机电耦合系数的简单而可靠方法.同时还对光照、相对湿度、温度以及测量静电容时频率的选择等对测量的影响进行了实验分析.     

压电压磁三明治结构小样品的磁电耦合效应

研究了PMN-PT/Terfenol-D/PMN-PT三明治结构复合材料中的磁电耦合效应.通过电诱导磁测试系统得到该3层结构的电诱导磁转化系数,在电-机械谐振频率225 kHz时为6.94×10-7 s/m,是个较大的转化系数.磁电压的相位在谐振频率附近增加了0.75π～π,且样品与磁场中的方向也对电场诱导磁输出的贡献不同.     

熔锥型单模光纤耦合器模型的优化研究

在弱导和弱耦合近似条件下,对光纤耦合器的几何形状做近似处理,并采用连续函数进行描述.根据Snyderd的局部模式理论,采用三角波与高斯波的变系数叠加函数对光纤耦合器纵向各区域的光模场分布进行描述.利用局部模耦合理论和变分法计算分析光纤耦合器纵向各区域的传播常数和耦合系数,讨论耦合系数与结构参数和波长的关系.计算表明:光纤耦合器熔锥区对光纤耦合器中的光功率耦合行为的影响不可忽略,光纤纤芯半径和包层半径对耦合区和熔锥区的耦合系数的影响成相反趋势.因此,可以通过合理控制耦合器的结构参数,制作出宽带平坦光纤耦合器.     

驻极体振动接收器

用驻极体材料做的一种新颖的机-电振动接收器在30—100Hz的频率内有一个几乎与频率无关的传输系数和相位角.7mv/μm这样大的传输系数使它有可能作为测量振动的精密测量仪用.结构的详细介绍和系统的简单计算显示了它的优点同时也反映出用驻极体材料制作这种接收器的某些限度.     

单轴应力下热氧化SiO_2的介电电致伸缩系数研究

微机电系统和集成电路中常用的热氧化SiO2是各向同性材料,研究了其在单轴应力场中介电常数的变化规律。依据介质在自由和束缚两种边界条件下受到单轴应力作用产生的应变不同,从电动力学基本关系出发推导了各向同性电介质两种边界下的介电电致伸缩系数计算公式,表明介电电致伸缩系数是与电介质的初始介电常数、杨氏模量和泊松比有关的常数。计算得到热氧化SiO2薄膜在自由和束缚条件下的介电电致伸缩系数M12分别为-0.143×10-21和-0.269×10-21 m2/V2。搭建了基于三维微动台的微位移加载系统,测量了在单轴应力下微悬臂梁SiO2薄膜电容的变化,测量得到热氧化SiO2薄膜的M12为(-0.19±0.01)×10-21 m2/V2,表明实际SiO2薄膜介质层的边界条件处于自由和束缚之间。     

压电粉体对1-3型压电复合材料的性能影响

用粉末-溶胶挤出法制备PZT压电纤维,以排列-浇铸法制备纤维体积分数为30%的1-3型压电复合材料.以热重-差热分析(TG-DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了所得纤维的加热变化情况和表面形貌.测量计算压电陶瓷片与复合材料的压电常数、介电常数、机电耦合系数及机械品质因数.结果表明,纤维中的晶粒致密度越高,复合材料的压电与介电常数越高.复合材料的径向机电耦合系数(k_p)小于压电陶瓷片,厚度机电耦合系数(k_t)和k_t/k_p都大于陶瓷片.     

缓冲层和外部电阻抗对薄膜体声波谐振器频率特性的影响

通过在AlN薄膜体声波谐振器上引入压电缓冲层和外部电阻抗来调节谐振器的频率特性,在考虑了缓冲层和外部电阻抗后,得到薄膜谐振器的输入电阻抗公式,并用来描述器件的机电行为。通过计算阻抗-频率谱评估了薄膜谐振器的频率特性和有效机电耦合系数k2eff,研究了缓冲层和外部电阻抗包括电阻、电感、电容对薄膜谐振器的阻抗-频率谱的影响。计算结果表明,外部电阻抗的引入可根本上改变薄膜谐振器的共振频率,且对k2eff有重要的影响。     

一种改进型1-3-2压电复合材料的研究

高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压电材料敏感元件的谐振频率、反谐振频率及机电耦合系数的影响,并与传统1-3-2型压电复合材料进行了对比。结果表明,与传统型1-3-2压电复合材料相比,在相同间距条件下,改进型压电材料的机电耦合系数约大0.03。制做的3种不同间距改进型压电材料表明,间距为1 mm的改进型压电材料的机电耦合系数较大,约为0.68。     

耦合激励系数及对称振子阵列天线的有源方向图研究

为了深入探讨相控阵天线单元间的耦合对阵中单元方向图的影响,以阵列天线单元S参数为基础,给出了阵列天线单元的耦合激励系数计算公式,利用阵列天线单元间的耦合激励系数分析计算阵中单元的有源辐射方向图. 同时利用矩量法分析由偶极子单元组成的阵列,并把阵列中每个单元的感应电流幅度和相位与耦合激励系数的幅度和相位进行比较,二者数据基本一致. 矩量法计算的单元有源方向图与本文提出方法的计算结果吻合良好,验证了本文给出的阵列耦合激励系数及阵列天线阵中单元有源方向图计算方法的可靠性.     

电磁感应/谐振无线输能的场-路混合仿真

针对电磁感应/谐振无线能量传输系统的效率计算,研究(电磁)场-(电)路混合仿真。将电磁感应/谐振无线能量传输系统划分为2部分:线圈耦合单元与电路单元。采用Comsol软件对线圈单元进行电磁仿真计算,得到线圈电感值及线圈间的耦合系数,将电感值及耦合系数带入Multisim软件进行电路仿真,得到系统总效率。混合仿真中电路单元不仅包括放大电路,还包括耦合线圈的等效电路模型,以此将耦合线圈和放大电路相互影响和匹配纳入仿真中。为检验场-路混合仿真准确度,设计和测试一套四线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统,其谐振频率为4.78 MHz、无线传能距离为40 cm。混合仿真得到该系统效率为98.8%,与测试得到系统效率96.9%吻合良好。     

铌酸锂晶体电子结构和光学性质计算

使用基于从头计算平面波赝势法的CASTEP量化软件计算了铌酸锂(LiNbO3)晶体的电子能带结构和线性光学系数,采用耦合微扰方法(CPHF)计算了铌酸锂晶体的非线性光学系数.折射率和倍频系数的计算结果与实验结果基本符合,计算表明铌酸锂晶体中Nb原子的4d轨道电子态和O原子的2p轨道电子态发生了明显杂化.通过分析铌酸锂晶体的价带顶和导带底电子态密度的组成特点可知这些轨道电子态的杂化是其非线性光学效应的主要来源,同时计算还表明铌酸锂晶体中Li-O键具有明显的共价键性.     

机载光电探测跟踪系统总体精度分析方法研究

机载光电探测跟踪系统是一种光、机、电高度综合的复杂系统,光、机、电三种误差相互耦合传递,对系统性能影响的机理比较复杂。本文在分析了影响系统精度的因素和经典的误差合成原理之后,给出了简化了的机载光电探测跟踪系统的精度计算方法。