新型压电复合换能器及其应用

序

前言

主要物理量符号集

第1章绪论

1.1压电材料的发展历程

1.2压电复合材料的研究现状

1.2.1压电复合材料的连通性及其结构

1.2.2O-3型、1-3型压电复合材料

1.2.3金属-陶瓷压电复合换能器

1.2.4压电复合材料的结构-性能关系

1.2.5压电复合材料目前存在的问题及发展方向

1.3压电复合材料及其换能器在水听器领域的应用研究

1.4压电复合换能器在振动测量领域的应用研究

参考文献

第2章1-3型压电复合材料

2.11-3型压电复合材料的工作原理

2.21-3型压电复合材料的制备

2.31-3型压电复合材料的铁电性

2.3.1电位移的测量

2.3.2电场的测量

2.3.3应变的测量

2.3.41-3型压电复合材料的铁电性

2.4□(□)值的测试方法

2.5PZT相体积分数与压电复合材料性能之间的关系

2.5.1与静水压压电电荷常数□之间的关系

2.5.2与相对介电常数ε之间的关系

2.5.3与静水压压电电压常数□的关系

2.5.4与静水压灵敏值□的关系

2.5.5与厚度模机电耦合系数Kt的关系

2.5.6与机械品质因素Qm值之间的关系

2.5.7与声速VD之间的关系

2.5.8与特性阻抗Z的关系

2.6PZT小柱的长宽比(ι/ω)与复合材料的性能关系

2.7PZT小柱的宽厚比ω/t与复合材料的性能关系

2.7.1与□、□及□.□之间的关系

2.7.2与声学特性及机电特性之间的关系

2.8聚合物对复合材料静水压性能的影响

2.9复合材料性能与压力的关系

2.9.1压应力与复合材料的极化强度

2.9.2相对介电常数□/□与静水压P的关系

2.9.3静水压压电常数□值与静水压P的关系

2.10小结

参考文献

第3章基于ANSYS的1-3-2型压电复合材料有限元分析

3.11-3-2型压电复合材料

3.2基于ANSYS的1-3-2型压电复合材料有限元分析

3.2.1ANSYS的操作界面和一般分析过程

3.2.2前处理过程

3.2.3施加载荷与求解

3.2.4后处理过程

3.3基于ANSYS的1-3-2型压电复合材料面板应力放大作用有限元分析

3.3.1应力放大作用分析过程

3.3.21-3-2型复合材料的表面应力分布和位移分布

3.3.3金属面板参数对复合材料压电性能的影响

3.4命令流的输入

3.5小结

参考文献

第4章基于轴对称薄壳截锥单元的钹式压电复合换能器有限元分析

4.1基于轴对称薄壳截锥单元的钹式压电复合换能器有限元分析

4.2陶瓷片为纵向极化时钹式换能器的纵向位移

4.3陶瓷片为径向极化时钹式换能器的纵向位移

4.4陶瓷片为切向极化时钹式换能器的纵向位移

4.5结果与分析

4.6小结

参考文献

第5章基于ANSYS的钹式压电复合换能器有限元分析

5.1钹式压电复合换能器的轴对称分析

5.2在ANSYS软件中建立钹式压电复合换能器模型

5.2.1定义单元类型及属性

5.2.2设置材料属性

5.2.3实体模型的建立

5.2.4划分网格

5.2.5施加约束和耦合条件

5.3钹式压电复合换能器特性研究

5.3.1力与位移的关系

5.3.2等效压电常数□与钹式压电复合换能器形状参数的关系

5.4小结

参考文献

第6章钹式压电复合换能器的制作

6.1端帽制作

6.2钹式压电复合换能器的制作

6.3端帽材料的选定

6.4黄铜箔厚度的选定

6.5端帽几何尺寸的选定

6.6压电陶瓷的选定

6.7黏结剂的选定

6.8黏结层厚度的确定

6.9老化工艺的确定

6.10小结

参考文献

第7章钹式压电复合换能器的高位移性能

7.1位移与端帽形状参数的关系

7.1.1力-位移关系

7.1.2电场-位移关系

7.1.3位移迟滞特性

7.1.4位移与端帽的形状参数te、tb的关系

7.2等效压电常数□与端帽形状参数的关系

7.2.1等效压电常数□与端帽深度te的关系

7.2.2等效压电常数□与端帽底部直径□及铜箔厚度□的关系

7.3位移与压电陶瓷厚度tp的关系

7.4小结

参考文献

第8章钹式压电复合换能器的静水压压电性能

8.1钹式压电复合换能器在静水压条件下的工作原理

8.1.1纵向极化的钹式压电复合换能器

8.1.2切向极化的钹式压电复合换能器

8.2静水压压电常数及静水压灵敏值的测试结果

8.3钹式压电复合换能器的耐压性能研究

8.4小结

参考文献

第9章钹式压电复合换能器的机电性能研究

9.1等效机电耦合系数和能量传输系数

9.2钹式压电复合换能器的频率特性

9.2.1频率响应特性

9.2.2形状参数与基波谐振频率的关系

9.3小结

参考文献

第10章钹式压电复合换能器基阵

10.1平面均匀基阵的静水压性能

10.1.1并联基阵

10.1.2串联基阵

10.2钹式压电复合换能器的堆叠结构

10.3平面均匀基阵的水听器性能

10.3.1水听器的自由场电压接收灵敏度及测试方法

10.3.2均匀平面基阵的指向性

10.4小结

参考文献

第11章基于1-3型压电复合材料的圆柱形水听器

11.1圆柱形水听器在低频接收时的静态理论分析

11.1.1弹性力学分析及其应力解

11.1.2自由场开路电压及开路接收电压灵敏度

11.2径向极化圆柱形水听器的设计

11.2.1背衬材料的厚度与透射系数

11.2.2背衬材料的杨氏模量与抗静水压能力

11.2.3灵敏度与背衬材料

11.2.4灵敏度与复合材料的厚度

11.3径向极化圆柱形水听器的研制

11.4小结

参考文献

第12章新型压电振动加速度传感器

12.1压电式加速度传感器的结构

12.2压电加速度传感器的工作原理

12.3频响特性

12.4新型压电振动加速度传感器的结构设计

12.4.11-3型振动加速度传感器结构设计

12.4.2钹式振动加速度传感器的结构设计

12.5新型压电振动加速度传感器的电压灵敏度

12.5.1新型振动加速度传感器电压灵敏度的静态理论分析

12.5.2新型振动加速度传感器输出电压与电压灵敏度

12.6新型压电振动加速度传感器的信号处理电路设计

12.6.1压电振动加速度传感器对测量电路的要求

12.6.2电荷放大器的工作基本原理

12.6.3电荷放大电路的设计

12.6.4低通滤波电路的设计

12.7电压灵敏度的非线性补偿设计

12.7.1线性插值的实现方法

12.7.2利用线性插值实现非线性补偿

12.7.3补偿结果

12.8小结

参考文献

第13章等静压压电常数的测试方法

13.1等静压压电常数

13.2等静压压电电压常数测试系统

13.2.1信号的检测

13.2.2基于PKD01峰值保持器的gh值测试系统

13.2.3基于虚拟仪器的gh值测量系统

13.3小结

参考文献

附录有限元分析计算程序

　　作者率先在国内开展了从较为成熟的PZT/聚合物1-3型电复合材料入手，坚持这一方向10余年，涉及到结构的设计与计算、材料的选择、制作工艺、性能及其测试，以及器件和应用等多方面的内容。本书是作者在自己研究工作基础上撰写而成的，和许多有关材料的研究工作不同，该书把材料的研究和换能器的开发与应用更加紧密地结合在一起，扩展了思路，使该书对压电换能器的开发有更重要指导意义。　　本书主要讨论了两种压电复合换能器，即1-3型压电复合换能器和金属-陶瓷压电复合换能器。对于1-3型压电复合换能器，主要从它的制备方法，PZT相体积百分比以及PZT小柱的形状参数对换能器的静水压性能及机电性能的影响等方面进行了讨论，同时研究了1-3型压电复合材料的剩余极化强度、退极化等。对于金属-陶瓷压电复合换能器，主要围绕钹式压电复合换能器进行研究。运用有限元分析方法，分析计算了不同工作模式下，钹式压电复合换能器的纵向位移；用理论和试验的方法，研究了金属端帽及PZT圆片的形状参数对换能器性能的影响，同时还对换能器基阵进行了研究。