壓電陶瓷圓環(huán)與金屬圓環(huán)復(fù)合振動系統(tǒng)的徑向振動

對徑向極化厚壁壓電陶瓷細長管進行了研究,利用解析法得出了其諧振和反諧振頻率方程,并用有限元法分析了徑向振動模態(tài),通過實驗對理論結(jié)果進行了驗證。由于厚壁理論是徑向極化模型的一般情況,所以它的應(yīng)用范圍更廣泛,對于薄膜和薄殼模型同樣適用,且誤差更小。

應(yīng)用平面應(yīng)變和三維壓電彈性力學(xué)理論,對徑向極化厚壁壓電陶瓷圓管徑向振動特性進行研究.利用分離變量法,求解振子徑向位移函數(shù)的微分方程,得到了位移函數(shù)精確解.推導(dǎo)出其機電類比等效電路,得出其等效電阻抗.在此基礎(chǔ)上,推出振子共振反共振頻率方程,得到了振子的阻抗特性曲線,探討了振子的共振反共振頻率和有效機電耦合系數(shù)與其幾何尺寸之間的依賴關(guān)系.利用數(shù)值法得到了不同幾何尺寸圓管振子的共振反共振頻率,結(jié)果與數(shù)值分析一致.通過對兩個壓電圓管振子諧振頻率的理論計算與實驗測試,表明了理論的準確性與精確性,這為壓電陶瓷復(fù)合管換能器的理論研究及設(shè)計提供了依據(jù).

根據(jù)仿真設(shè)計和計算結(jié)果,制備了懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電陶瓷復(fù)合材料,并考察了其振動發(fā)電性能。對復(fù)合材料的內(nèi)外阻抗進行匹配,獲得了最大的功率輸出并在最佳阻抗匹配條件下,研究了振動發(fā)電性能與激勵振幅和頻率的關(guān)系。研究結(jié)果表明,壓電復(fù)合材料的振動發(fā)電功率隨著激勵振幅的增大呈二階增大,隨著激勵頻率的增大呈線性增大。

根據(jù)仿真設(shè)計和計算結(jié)果,制備了懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電陶瓷復(fù)合材料,并考察了其振動發(fā)電性能。對復(fù)合材料的內(nèi)外阻抗進行匹配,獲得了最大的功率輸出并在最佳阻抗匹配條件下,研究了振動發(fā)電性能與激勵振幅和頻率的關(guān)系。研究結(jié)果表明,壓電復(fù)合材料的振動發(fā)電功率隨著激勵振幅的增大呈二階增大,隨著激勵頻率的增大呈線性增大。

利用等效彈性法分析了矩形壓電陶瓷振子的二維耦合振動,通過引入等效彈性常數(shù)和二維耦合系數(shù)得出矩形壓電陶瓷振子的共振頻率方程和耦合系數(shù)方程,探討了耦合系數(shù)、共振頻率與壓電振子寬長比的依賴關(guān)系。利用數(shù)值法對壓電振子的振動特性進行了模擬及仿真,并與解析結(jié)果進行了比較,二者吻合較好。最后用實驗進行驗證,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果有很好的一致性。

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本文研究了我們所配制夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合壓電材料低聲阻抗的特性。實驗表明，夾心復(fù)合壓電陶瓷材料的聲阻抗，與所用陶瓷材料的種類，氣孔率，孔徑，樣品厚度以及工藝制備過程有關(guān)。實驗證明，研制特定阻抗的材料是可行的，最后，用研制的新材料成功地應(yīng)用于混凝土、ｃ／ｃ復(fù)合材料等非金屬材料的超聲檢測中。

本文研究了我們所配制夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合壓電材料低聲阻抗的特性．實驗表明，夾心復(fù)合壓電陶瓷材料的聲阻抗，與所用陶瓷材料的種類、氣孔率、孔徑、樣品厚度以及工藝制備過程有關(guān)．實驗證明，研制特定聲阻抗的材料是可行的．最后，用研制的新材料成功地應(yīng)用于混凝土、c／c復(fù)合材料等非金屬材料的超聲檢測中．

研究了一種新型扭轉(zhuǎn)壓電陶瓷超聲換能器?；跈C電類比原理,對切向極化的壓電陶瓷薄圓環(huán)振子的扭轉(zhuǎn)振動特性進行了研究,建立了其機電類比等效電路模型,從等效電路得出了環(huán)形振子的扭轉(zhuǎn)振動頻率方程的解析式及共振頻率的計算公式。在此基礎(chǔ)上,分析了換能器的共振與其幾何尺寸間的關(guān)系;并利用有限元方法對壓電陶瓷薄圓環(huán)扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)進行了分析。結(jié)果表明,在換能器壓電陶瓷圓環(huán)內(nèi)外半徑比增大時,共振頻率隨之增大。

介紹了一種在行星式雙面磨拋設(shè)備上對壓電陶瓷圓片進行單面研磨和拋光的工藝。在加工過程中,使用了自制的全水溶性粘接劑來粘接晶片,實現(xiàn)了圓片單面所有磨拋加工流程都在雙面磨拋設(shè)備上進行。采用自制化學(xué)腐蝕液分段腐蝕控制圓片形貌(翹曲度)的變化,中間研磨工序優(yōu)化介質(zhì)控制表面粗糙度和劃道、sio2膠體化學(xué)機械拋光去除亞損傷層,獲得了高品質(zhì)的鋁鈦酸鋁壓電陶瓷(pzt)單面拋光圓片。

目的通過對磁伸縮潔牙機(邦沃牙周根管治療儀)與壓電陶瓷潔牙機(啄木鳥)的比較,為潔牙機的臨床應(yīng)用提供參考。方法1將因牙周炎拔除的離體牙64顆,分為實驗組和對照組各32顆。實驗組用磁伸縮潔牙機,對照組用壓電陶瓷潔牙機,分別進行潔治,并用秒表計時器計算清潔干凈所用時間;2隨機抽取實驗組和對照組潔治完成的立離體牙各一顆進行電子顯微鏡掃描;3隨機抽取在該科就診的牙周病患者,分為實驗組和對照組,每組32名,治療組用磁伸縮潔牙機潔治,對照組用壓電陶瓷潔牙機潔治,并用秒表計時器計算所用時間,同時問卷調(diào)查,了解病人術(shù)中及術(shù)后一周的牙本質(zhì)敏感狀況。結(jié)果1離體牙,實驗組32顆用時88min11s;對照組32顆用時112min48s;2實驗組離體牙表面光潔度優(yōu)于對照組;3臨床潔治實驗組平均用時57min.對照組平均用時87min。術(shù)中及術(shù)后一周自覺酸痛癥狀者實驗組少于對照組。結(jié)論磁伸縮潔牙機潔治效率、舒適度和牙面的光潔度均優(yōu)于壓電陶瓷潔牙機。

對夾心式縱彎復(fù)合壓電陶瓷超聲換能器進行了理論及實驗研究,該換能器由金屬細棒及縱向極化的壓電陶瓷圓環(huán)組成。得出了換能器中縱向振動和彎曲振動的共振頻率方程。通過修正金屬細棒的長度和橫截面積,實現(xiàn)了換能器中縱向振動與彎曲振動的同頻共振。實驗結(jié)果表明,換能器的測試頻率與計算頻率基本符合,而且換能器的縱向頻率和彎曲振動頻率也吻合。

在矩形薄板四邊自由及簡支兩種邊界條件下,導(dǎo)出了振子共振頻率方程的解析表達式,研究了彎曲振動壓電陶瓷矩形振子共振頻率與共振動模式,幾何形狀及尺寸之間的相互關(guān)系。矩形截面壓電陶瓷細長棒的彎曲以及細長條矩形振子的條紋模式彎曲振動,可以由本文理論直接導(dǎo)出。

利用等效彈性法分析了壓電矩形共振器的二維耦合振動,導(dǎo)出了振子共振頻率的解析表達式。理論分析表明,細長條的長度伸縮振動模式可由所述理論直接導(dǎo)出。實測表明,振子共振頻率的測量值與計算值完全符合。

壓電陶瓷片的原理及特性 壓電效應(yīng)具有可逆性：若在壓電陶瓷片上施以音頻電壓，就能產(chǎn)生機械振動，發(fā) 出聲響；反之，壓電陶瓷片受到機械振動(或壓力)時，片上就產(chǎn)生一定數(shù)量的電 荷q，從電極上可輸出電壓信號。 目前比較常見的鍺鈦酸鉛壓電陶瓷片(pzt)，是用鋯、鈦、鉛的氧化物配制 后燒結(jié)而成的。鑒于人耳對頻率約為3khz的音響最敏感，所以通常將壓電陶瓷 片的諧振頻率f0設(shè)計在3khz左右?？紤]到在低頻下工作，僅用一片壓電陶瓷 片難以滿足頻率要求，—般采用雙膜片結(jié)構(gòu)，其外形與符號如圖1所示。它是把 直徑為d的壓電陶瓷片與直徑為d的金屬振動片復(fù)合而成的。d一般為 15~40mm，復(fù)合振動片的總厚度為h。 當壓電材料—定時，諧振頻率與h成正比，與(d/2)2成反比。諧振頻率fo 與復(fù)合振動片的直徑d呈指數(shù)關(guān)系，如圖2(a)所示。顯然d愈大

壓電陶瓷片的原理及特性 壓電效應(yīng)具有可逆性：若在壓電陶瓷片上施以音頻電壓，就能產(chǎn)生機械振動，發(fā) 出聲響；反之，壓電陶瓷片受到機械振動(或壓力)時，片上就產(chǎn)生一定數(shù)量的電 荷q，從電極上可輸出電壓信號。 目前比較常見的鍺鈦酸鉛壓電陶瓷片(pzt)，是用鋯、鈦、鉛的氧化物配制 后燒結(jié)而成的。鑒于人耳對頻率約為3khz的音響最敏感，所以通常將壓電陶瓷 片的諧振頻率f0設(shè)計在3khz左右。考慮到在低頻下工作，僅用一片壓電陶瓷 片難以滿足頻率要求，—般采用雙膜片結(jié)構(gòu)，其外形與符號如圖1所示。它是把 直徑為d的壓電陶瓷片與直徑為d的金屬振動片復(fù)合而成的。d一般為 15~40mm，復(fù)合振動片的總厚度為h。 當壓電材料—定時，諧振頻率與h成正比，與(d/2)2成反比。諧振頻率fo 與復(fù)合振動片的直徑d呈指數(shù)關(guān)系，如圖2(a)所示。顯然d愈大

電力支柱瓷絕緣子超聲波檢測對預(yù)防和檢測絕緣子裂紋和斷裂起到重要作用,換能器是超聲波檢測的基礎(chǔ)元件,而換能器的核心部件是壓電陶瓷晶片,其性能直接影響到檢測結(jié)果。該文研究針對有限元法和傳統(tǒng)解析法在壓電陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ansys有限元分析軟件對壓電陶瓷鋯鈦酸鋁(pzt)晶片進行特性分析,基于ansys的電-結(jié)構(gòu)耦合場模型,對超聲波換能器的矩形壓電晶片進行靜態(tài)、模態(tài)、諧響應(yīng)和瞬態(tài)分析。通過模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析可得到晶片的一階縱向振動和二階彎曲振動的固有頻率、振型及頻率位移響應(yīng)及影響因素等信息,研究結(jié)果對提高超聲輻射功率及超聲換能器的性能有一定的理論指導(dǎo)和工程應(yīng)用價值。

為提高內(nèi)圓磨砂輪接桿的靜動態(tài)特性,研制了一種陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)圓磨砂輪接桿。對所設(shè)計的新型內(nèi)圓磨砂輪接桿和傳統(tǒng)接桿的靜動態(tài)特性進行了有限元對比分析和試驗測試。理論分析與試驗結(jié)果證明,陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)圓磨接桿較傳統(tǒng)接桿的性能有了較明顯提高,能夠顯著提高內(nèi)圓磨削速度。

利用飛秒光頻梳、外腔可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器和法布里-珀羅干涉儀建立了一套壓電陶瓷亞納米級閉環(huán)位移控制系統(tǒng).將可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器鎖定至光頻梳,通過精確調(diào)諧光頻梳的重復(fù)頻率,實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器在其工作頻率范圍內(nèi)的精密調(diào)諧.利用pound-drever-hall鎖定技術(shù)將帶有壓電陶瓷的法布里-珀羅腔鎖定至半導(dǎo)體激光器,進而通過頻率發(fā)生系統(tǒng)控制壓電陶瓷產(chǎn)生亞納米級分辨率的位移.實驗研究發(fā)現(xiàn)鎖定至光頻梳后可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器1s的allan標準偏差為1.68×10_(-12),將其在30.9496ghz范圍內(nèi)進行連續(xù)閉環(huán)調(diào)諧,可獲得壓電陶瓷的位移行程約為4.8μm;以3.75hz的步長掃描光頻梳的重復(fù)頻率,實現(xiàn)了壓電陶瓷的450pm閉環(huán)位移分辨率并測定了壓電陶瓷的磁滯特性曲線.該系統(tǒng)不存在非線性測量誤差,且激光頻率及壓電陶瓷位移均溯源至銣鐘頻率源.

常用壓電陶瓷片性能參數(shù)

實驗十一干涉法測量壓電陶瓷特性 一、實驗?zāi)康?1.通過實驗掌握激光測長儀的基本工作原理。 2.掌握搭設(shè)激光光路基本方法與技巧。 3.學(xué)會用干涉方法測量微小位移。 二、實驗原理 測量位移是邁克爾遜干涉儀的典型應(yīng)用，測量原理如圖11—1所示: 圖11－1 由ne—ne激光器發(fā)出的光經(jīng)分光鏡g后，光束被分成兩路，反射光射向參考鏡m1（固定），透射光射向測 鏡m2 （可移動），兩路光分別經(jīng)m1、m2反射后，在分光鏡處會合，在接受屏p處產(chǎn)生干涉條紋，通過給壓電陶瓷 電壓使m2 的移動，干涉條紋發(fā)生變化，由于干涉條紋明暗變化一次，相當于測量鏡m2移動了入/2，若條紋變化n次， 位移l由下 式確定： l=n?入/2（11 1） 所以通過測出條紋的變化數(shù)就可計算出位移量，這就是激光測長儀的基本原理。 三、實驗儀器