基于横向场激励的高频压电超声换能器

介绍了一种基于横向场激励模式的高频压电超声换能器及其设计、分析和制作过程。采用扩展的Christoffel-Bech-mann方法对LiNbO3、LiTaO3和PMN-33PT三种不同压电材料的a模式横向场压电耦合系数进行了计算,发现这三种材料中LiNbO3具有最大的LFE a模式压电耦合系数,为28%。采用具有最大压电耦合系数的X切LiNbO3设计并制作了基于横向场激励的高频超声换能器,并采用传统的Pulse-Echo方法测试了该超声换能器的中心频率和带宽。实验测得该LFE高频超声换能器的中心频率为34MHz,-6dB带宽为14.4%。从理论和实验上证明了横向场激励模式可以应用于高频超声换能器。     

横向场压电液相传感器测量方法的研究

研究了横向场压电液相传感器的串联谐振频率、动态电阻、机械品质因数等特性参数的测量方法.采用自动调制电容补偿技术对静态电容进行了有效补偿,保证了串联臂特性的检测;同时结合直接数字式频率合成器(DDS)技术,实现了半功率点法对机械品质因数的测试.实验结果表明,该方法测量的动态电阻范围大(达到5 kΩ),稳定性较高.     

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.     

不同电极结构的纯横向场激励压电传感器性能研究

横向场激励(lateral-field-excitation,LFE)压电传感器因其在液相测量中的优越特性而引起广泛关注.最近的研究表明LFE器件具有纯LFE、伪LFE和准LFE 3种不同的工作模式.为了研究不同电极结构的纯LFE器件的特性,文中在相同的铌酸锂晶体基板上制作了5种不同电极结构的纯LFE压电传感器,并进行了性能测试和对比分析.结果表明:两圈对称螺旋电极结构与单gap电极结构的LFE器件比另外3个LFE器件具有更高的Q值.当传感器从空气中移到水中和从水中移到NaCl溶液中时,谐振频率均减小,而当传感器被从水中移到异丙醇溶液中时,谐振频率增大,其中双间隔电极结构的LFE压电传感器谐振频率变化幅度最大.     

钽酸锂单晶材料的横向场激励特性

用(yxl)-16.51°切型的钽酸锂(LiTaO3)加工制作两个电极在同一基板平面的横向场激励器件来验证该材料的横向场激励特性.理论上用扩展的Christoffel-Bechmann方法计算了LiTaO3材料的横向场激励机电耦合系数,其c模式值最大为37.9%.实验结果表明在空气中横向场激励在5.257MHz频率附近引起了一个明显的谐振主峰,谐振处阻抗为727ω;在液体中由于液体模拟电极的作用而形成了厚度场激励,使其在5.695MHz附近产生了另外一个谐振主峰.通过对声波相速度和谐振频率的计算也验证了实验结果.     

石英晶体横向场激励压电传感器的频率温度特性

为分析石英晶体横向场激励(lateral-field-excitation, LFE)压电传感器的频率温度特性,文中在厚度场激励(Thick-field-excitation, TFE)压电传感器计算频率温度系数方法基础上,增加一个电场方向的自由度,推导计算LFE压电传感器频率温度系数的公式,并使用该公式计算常用Y旋转切石英晶体横向场激励传感器的一阶、二阶和三阶温度系数,并将其与不考虑压电效应、厚度场激励的2种情况进行比较.通过计算发现,石英晶体在3种不同情况下的频率温度特性曲线基本重合,AT切和BT切石英晶体LFE压电传感器具有零温度系数.