压电晶体本征声表面波倒速度曲线的计算

为在设计表面波器件时选择基底的最佳切割方向,提出压电修正劲度系数的概念,并计算了石英和铌酸锂晶体的压电修正劲度系数.从晶体的性能方程出发,推导了本征表面波声学基本方程和表面波力学边界条件方程,使用新的计算声表面波速度的循环迭代法,分别对石英和铌酸锂2种晶体,在3个坐标平面内,计算非压电修正及压电修正的本征声表面波倒速度曲线.研究结果表明,压电效应加快了声表面波速度,晶体的表面波声学性质与其点群对称性之间有内在的联系.     

压电效应的高阶效应在传感器、执行器中的应用研究

压电体机电耦合过程中的正、逆压电效应原理已被广泛应用于传感器与执行器中,压电类传感器与执行器在应用过程中出现了一些较严重的问题,如非线性问题.由于大多数压电晶体都具有非线性性质,尤其是压电陶瓷,非线性与迟滞特性是其固有特性.讨论压电体的非线性特征,并通过实验验证高阶压电效应对压电传感器和压电执行器的影响及其矫正与补偿方法,从而在工程应用中利用其原理提高传感器与执行器的测量与控制精度.     

压电陶瓷发电能力测试系统的研制

为了进行压电陶瓷材料发电性能测试与研究,设计并制作了一套压电陶瓷发电能力的测试系统。根据压电陶瓷发电性能指标以及影响因素,设计了采用霍尔位移传感器和电荷放大器对压电陶瓷振幅和电荷量进行测量的系统。设计制作了数据采集软件,可以对测试数据进行处理和显示。该测试系统为研究压电陶瓷尺寸参数、外界激励的频率和振幅对压电陶瓷发电能力的影响提供了测试分析平台。     

压电陶瓷声表面波电视中频滤波器的研制

本文介绍了用PLCN四元系压电陶瓷基片,采用积木式方法设计,制作压电陶瓷声表面波电视中频滤波器的方法。并测试了其幅频特性和群延迟特性。这些特性完全达到电视机所需要的质量要求。     

激光刀口法声表面波分布图像化系统

介绍了激光刀口法声表面波(SAW)分布图像化高速测量系统的原理和系统构成,并进行了测试验证。通过将声表面波传播时引起的被测件表面微变转换为入射到光电二极管的光量变化,转换出的电信号下变频到中频进行检波和鉴相后输入到高速数据采集器,实现了约20 min测试2 620(x)×410(y)点阵,获取的声表面波振幅和相位数据重构声表面波分布的图像。     

压电陶瓷的组合结构对直梁弯曲模态的影响

利用ANSYS软件分析了压电陶瓷的组合结构对梁的固有频率的影响，给出了数值计算结果。结果表明：压电陶瓷极化方向对固有频率的影响很小，可以忽略不计；陶瓷片粘贴误差、电极空间相对位置对梁的固有频率有一定的影响；压电陶瓷电极间距离对梁的固有频率有较大的影响。     

声表面波换能器电荷分布的有限元解

从压电本构方程和声场波动方程出发,在准静态近似的前提下,根据哈密顿原理,推导出压电结构的变分方程,建立了求解声表面波换能器电荷分布的有限元方程.以电极上加常电压为例,计算了两种情况下的声表面波换能器电极表面的电荷分布,为有关声表面波器件的结构优化和设计提供具有参考价值的器件参数.     

铌酸锂表面波器件基底最佳切割方向

为在表面波器件设计时选择基底的最佳切割方向,推导表面波压电增劲晶体声学基本方程和表面波边界条件方程,使用循环迭代法,对铌酸锂晶体最佳退耦的声弧矢yz平面计算了沿不同方向的电自由条件表面波声速与电短路条件表面波声速.在此基础上计算了机电耦合系数,并确定最大机电耦合系数的方向为基底的最佳切割方向.计算结果表明,铌酸锂晶体作为表面波器件基底的最佳切割方向为164°y切.     

微型超声波电机定子振动特性有限元分析

利用有限元法对齿状环形行波型微超声波电机定子的振动特性进行了计算分析.建立了定子弹性体和压电体耦合的有限元模型,利用SOLID45单元将定子编制成ANSYS有限元软件的宏文件,以便于改变定子尺寸并自动生成相应的有限元模型;探讨了不同结构参数对压电定子动态性能的影响,得到了各结构参数对压电定子模态频率的影响曲线.研究结果表明,定子弹性体与压电体之间的胶粘层对定子模态频率的影响很小,在分析过程中可以忽略;定子的振动主要以弯曲模态为主,其振动频率随压电陶瓷和定子环厚度的增加而增大,随定子齿高、齿数和内径的增加而减小.     

声表面波MEMS器件的设计和制作工艺

为了探索声表面波器件制作工艺,在压电器件工作原理的基础上,通过设计声表面波器件的工作频率、叉指宽度、间隙及对数等器件参数,绘制了掩模板,对制作的声表面波器件进行测试,制作了不同叉指对数、孔径长度、中心距离的电极．实验结果表明：以石英为基底,使用EPG533型光刻胶在前烘温度为105℃,曝光时间为8S,显影时间为50S时获得了较理想电极图形和稳定的实验参数．     

基于周期极化MgO:LiNbO3的4.0 μm光学参量谐振腔的产生

推导出在掺杂摩尔分数为5％氧化镁的铌酸锂晶体中，非寻常光的温度依赖折射率公式．结果表明，室温条件下，当泵浦波长为1．064μm时，在周期极化掺杂氧化镁的铌酸锂晶体中，产生4．0μm波长所需要的光栅周期要比周期极化纯铌酸锂的小，当泵浦能量为220μJ时，光学参量谐振腔中信号光1．45μm处最大转换效率可达1．46％．实验证明，晶体的光栅周期和光学谐振腔的闲值泵浦能量分别与其相应的理论值基本吻合．     

Research on the Sound Characteristic in the Active Sound Absorption and Isolation of the Piezoelectric Ceramics

压电复合材料的声学特性的理论研究

朱从云,牛继高,鲁付杰,邢会府,丁国芳

（中原工学院 机电学院）

中文摘要：

压电复合材料具有良好的力电耦合性能,被广泛用于诸如传感器,换能器,制动器等的主体材料,可以应用于振动与噪声的控制。基于此,本文用一片压电材料作为主动吸声系统中的吸声材料,通过布置于压电材料正前方的两个PVDF（Poly Vinylidene Fluoride）传感器,检测出平面入射声波与反射声波,利用压电材料的压电性能,在两片压电材料上分别加电压,使得反射声波与透射声波为零,从而达到主动吸声与主动隔声的目的。在平面入射声波入射下,进行了实验,取得了较好的主动吸声与主动隔声效果。

关键词：主动吸声;主动隔声;压电复合材料

     

电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.     

复合双压电层FBAR的建模与仿真

在复合单压电层薄膜体声波谐振器(FBAR)的基础上,提出了一种新型的复合双压电层FBAR,它可以大大提高压电材料选择的灵活性。通过建模得到该结构的输入阻抗解析表达式,据此进行了仿真分析。仿真结果表明,基模谐振频率随双压电层结构中的较高声速压电膜的厚度所占比率的增加而加速增大,而相对带宽随较高机电耦合系数的压电膜的厚度与较低机电耦合系数的压电膜的厚度比的增加逐渐增加,并且复合双压电层FBAR出现了单压电层时所没有的模式。     

压电陶瓷自发电平台设计与能效分析

为探究压电材料在分布式供能下的发电效率,设计了一套压电陶瓷自发电试样装置,基于压电陶瓷发电能力影响因素的定量分析,设计了压电陶瓷发电能力模块测试平台;通过人体载荷试样,测得行进过程中压电陶瓷的发电能效;找到压电陶瓷数量、拓扑结构参数、载荷、振动频率及组合方式与发电能效之间的定量关系;并基于理论分析与试样研究,提出了提高压电陶瓷发电能效的解决方案.结果表明:压电陶瓷二次压电效应是影响发电的主要因素.利用压电材料的特性进行能量转换,为解决新能源问题提供了新途径.     

热处理PZT对PZT/PVDF复材电性能的影响

用高温处理PZT陶瓷粉末与PVDF制成压电复合材料,研究了高温处理PZT对复合材料的微观结构、极化特性、压电和介电性能的影响．结果表明：高温处理PZT制备的复合材料孔隙少,其剩余极化明显提高,提高了复合材料的压电系数和介电常数。     

不同因素对铁磁性薄膜中表面自旋波频率的影响

为了了解铁磁性薄膜中表面自旋波的物理性质,采用量子格林函数方法研究了铁磁性薄膜中表面自旋波的频率,分析了温度、外磁场、表面交换耦合、表面各向异性、薄膜厚度和波矢对表面自旋波频率的影响.结果表明,声学和光学表面自旋波的频率随温度的升高而减小.随着外磁场、表面交换耦合、表面各向异性和波矢的增加,声学和光学表面自旋波的频率随之增加.随着原子层数的减小,声学和光学表面自旋波频率增大.但当薄膜的原子层数大于5时,薄膜厚度对声学和光学表面自旋波频率的影响很小.     

旋成体仿生凹环表面减阻试验分析及数值模拟

通过风洞试验及数值模拟分析了置于旋成体后部的凹环表面结构对其底部阻力、摩擦阻力及激波阻力的影响。马赫数为1.79、基于旋成体最大直径的雷诺数为1.5×106的风洞试验表明:凹环表面可显著减小旋成体的底部阻力,但却增大了包含摩擦阻力和激波阻力的粘性前部阻力。利用SSTk-ω湍流模型对试验优选模型进行了数值模拟,结果表明:凹环内部低速旋转气流产生的涡垫效应和推动效应致使旋成体的摩擦阻力减小了22.4%,凹环还能减弱外部气流对旋成体截尾底部死水区的抽吸作用,显著降低了底部阻力。但由于凹环对气流的扰动增加了激波阻力,故包含底部阻力及激波阻力的压差阻力减小并不显著,仅为0.4%。     

极化对Bi基压电陶瓷BNT-BKT-BiFeO3介电特性的影响

为了改善无铅压电陶瓷介电性能,采用传统陶瓷制备方法,制备一种新型Bi基钙钛矿型三元系无铅压电陶瓷(1-x-y)BNT-xBKT-yBiFeO3,并研究极化对该体系陶瓷介电性能的影响以及介电性能随频率的变化规律。结果表明：极化后的介电常数和介电损耗低于极化前。极化前的介电常数和介电损耗随BiFeO3含量的增加变化不明显,极化后的介电常数和介电损耗随BiFeO3含量的增加而增加。极化前和极化后的介电常数和介电损耗随BKT含量的增加而增加。介电常数和介电损耗随频率增加分别降低和增加,但降低和增加速率随频率增加而降低。