薄壁压电陶瓷圆管机电参数的测定

依据导出的切向极化和径向极化压电陶瓷薄壁圆管无负载电导纳方程,给出由压电陶瓷圆管测量数据,计算出机电参数的方法、公式和步骤。实验测知压电陶瓷薄壁圆管的尺寸、密度、低频电容、最大导纳频率与最小导纳频率以及其它若干频率上的电导纳等,然后用给出的公式计算杨氏模量、泊松比、机电耦合系数、介电常数和压电常数等。运用这一方法,对若干实际圆管样品作出了测量和计算。     

有限长压电薄圆管的等效电路和机电耦合系数

本文给出了径向极化薄压电圆管的等效电路和机电耦合系数.这个等效电路是一个四端网络.用电弹短路振方式和压电方程式求出换器内的能量,再用换能器的线性方程和换能器的内能得到等效电路的参量和方程式:这种推导换能器等效电路的方法能应用于其它的换能器.用换能器内的机电耦合能、弹性能和电能求得换能器的机电耦台系数。     

D_3(32)点群压电晶体全部电弹常数的测定

本文依据压电板振动理论,提出D_3(32)点群压电晶体全部电弹常数测量新方案,以国产α-石英晶体为例,给出其全部电弹常数及部分机电耦合系数。     

铌酸锂压电晶体全部电弹常数的测定

本工作探讨了铌酸锂压电晶体(LiNbO_3,简称为LN)全部电弹常数的测量方法。给出了国产LN全部电弹常数及一些机电耦合系数共56个数据。确定了机电耦合系数k_(31)的数值为0.038,并推荐用+35°y旋转片来测定弹性常数c_(14)~E,其数值为0.088×10~(11)N/m~2。这两个数据将影响LN全部电弹常数的最后确定。     

D3(32)点群压电晶体全部电弹常数的测定

本文依据压电板振动理论,提出D₃(32)点群压电晶体全部电弹常数测量新方案,以国产α-石英晶体为例,给出其全部电弹常数及部分机电耦合系数。 关键词：     

碘酸锂晶体全部电弹常数的测量

本文探讨了碘酸锂晶体(α-LiIO₃,简称LI)全部电弹常数的测试方法。以压电板厚度振动模理论,推导出LI晶体独立电弹常数计算公式。对无压电耦合的弹性常数C₁₁^E和C₆₆^E,采用了声光同步测速法进行测量。最后,测量给出了LI晶体全部电弹常数和一些机电耦合系数共52个数据。     

夹心式径向复合压电超声换能器

对夹心式径向复合压电换能器径向振动特性进行了研究。该换能器由弹性内芯、预应力金属管及柱面压电陶瓷晶堆径向复合而成.利用机电类比法,得到了换能器的径向振动等效电路及频率方程。探讨了换能器第1、2阶径向共振频率及有效机电耦合系数与其几何尺寸的关系。研究表明,换能器第1阶径向共振频率随其内芯内径及预应力管壁厚度增大而降低;第2阶共振频率随内芯内径增大存在极小值,但随预应力管壁厚度增大单调下降。此外,采用第2阶径向共振模式能获得较高的有效机电耦合系数,并且压电陶瓷处于位移节线时,换能器有效机电耦合系数达极大值。对换能器共振频率的测试与有限元仿真表明。理论与实验及仿真结果符合较好。      

钛酸铋钠钡系超声用压电陶瓷新材料

目前,国内外使用的超声换能器材料大多为锆钛酸铅(简称PZT)压电陶瓷,为了获得更高的测量精度(如测厚)和更清晰的图象(如B型超声诊断仪),对超声换能器材料提出了更高的要求.PZT类陶瓷由于径向振动机电耦合系数(Kp)和介电系数 太大和频率常数(Nt)较低,应用时不太令人满意.此外,PZT类陶瓷都含有70%左右的PbO,铅的毒性引起公害,而且由于PbO在烧结过程中的挥发使工艺复杂.所以到六十年代中期,国际上开始了非铅系统压电陶瓷的探索.19乃年,日本电子材料工业会还专门组织了对压电陶瓷无铅化的调查,可见探索无铅压电陶瓷新材料的重要性. 从197…     

PbZrO_3-PbTiO_3系压电陶瓷极化效应的正电子湮没研究

用正电子寿命测量方法研究了锆钛酸铅(简称PZT)压电陶瓷的电场极化效应。发现正电子平均寿命τ_m随极化场强E的提高而增大。讨论了τ_m增大的微观机制,这可能主要归因于内电场增大在能量上有利于正电子形成qPs态。同时进行了介电常数、机电耦合系数、压电常数等的测量,并与正电子寿命测量的结果作了对比,认为将正电子作为测量电畴转向程度及电子能量状态变化的一种手段是可能的。正电子寿命测量采用了特殊的单样品法,并就与此有关的数据处理和分析方法进行了若干讨论。     

背衬参数对厚度模压电换能器特性的影响

系统研究了厚度模压电换能器的背衬厚度、声阻抗率及机械损耗因子对换能器振动性能影响,重点分析了在所关心频率附近的有效机电耦合系数和机械品质因数。计算结果表明,随着背衬厚度增大,换能器的有效机电耦合系数和机械品质因数均震荡减小;背衬声阻抗率与压电片声阻抗率差值增大,换能器有效机电耦合系数减小,机械品质因数增大;保持压电片厚度不变,增大背衬的机械损耗因子,换能器有效机电耦合系数单调减小,机械品质因数有极小值,在给定频率范围内电特性曲线趋于光滑。用有限元方法验证了等效电路计算方法的正确性,并对比了换能器的测试结果和计算结果。计算所得规律为厚度模压电换能器的设计和实验制作提供了理论依据。      

PbZrO3-PbTiO3系压电陶瓷极化效应的正电子湮没研究

用正电子寿命测量方法研究了锆钛酸铅(简称PZT)压电陶瓷的电场极化效应。发现正电子平均寿命τ_m随极化场强E的提高而增大。讨论了τ_m增大的微观机制,这可能主要归因于内电场增大在能量上有利于正电子形成qPs态。同时进行了介电常数、机电耦合系数、压电常数等的测量,并与正电子寿命测量的结果作了对比,认为将正电子作为测量电畴转向程度及电子能量状态变化的一种手段是可能的。正电子寿命测量采用了特殊的单样品法,并就与此有关的数据处理和分析方法进行了若干讨论。 关键词：     

径向极化压电陶瓷长圆管复合超声换能器的径向振动

提出了一种圆管式径向复合压电陶瓷换能器,并对其径向振动特性进行了分析。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆管以及金属外圆管组成。利用解析法得出了金属圆管以及具有任意壁厚的径向极化压电陶瓷圆管径向振动的机电等效电路。基于金属圆管与压电圆管的机械边界条件,得出了换能器的六端机电等效电路。在此基础上得出了换能器共振及反共振频率方程的解析表达式,给出了换能器的共振及反共振频率与其几何尺寸之间的依赖关系。利用数值方法对换能器的径向振动特性进行了模拟及仿真,并与解析结果进行了比较。最后,设计并加工了一些径向复合管式压电陶瓷换能器,利用精密阻抗分析仪对其共振及反共振频率进行了实验测试。研究结果表明,利用解析理论得出的换能器共振及反共振频率与数值模拟结果以及实验测试结果符合很好。      

复合圆环弯曲振动四极子模态分析

针对压电圆环弯曲振动机电转换性能较差的问题,提出了一种复合圆环弯曲振动换能器,它由一个径向极化的压电陶瓷内圆环和一个金属外圆环复合而成。基于能量原理推导得到了复合圆环弯曲振动的谐振频率和有效机电耦合系数,探讨了弯曲振动四极子模态特性与其结构尺寸间的关系。当压电圆环尺寸不变时,随外侧金属圆环壁厚增加,复合圆环弯曲振动四极子模态谐振频率上升,有效机电耦合系数迅速上升到极大值后缓慢下降。最后,设计制作了圆环换能器并对其谐振频率和有效机电耦合系数进行了实验测试,测试结果与解析结果和数值模拟结果吻合得较好。      

四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器的设计

提出了一种四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器,换能器由四组纵向极化压电陶瓷晶堆、一个中心耦合金属块和四个外部金属圆锥组成。基于二维耦合振动机理和机电类比原理,建立了换能器的等效电路模型并推导了其谐振频率方程。利用有限元软件仿真分析了四激励正交复合换能器的频响特性和振动特性,并与其单独一个方向振子的振动特性进行了对比。加工了反相和同相模态的换能器,利用阻抗分析仪和激光测振仪测试了其频率响应和二维四向纵振动输出特性,并进行了大功率二维四向超声乳化实验测试。理论、仿真和实验结果表明:换能器具有反相和同相两个纵向正交共振模态,在这两种共振模态下均可实现二维四向纵振动输出,且换能器两个正交方向振子的纵向振动具有相互耦合加强的作用;等效电路法和有限元法所得换能器的共振频率和有效机电耦合系数与实验测试结果吻合,通过与单激励正交复合夹心式压电超声换能器的有效机电耦合系数对比,发现该换能器具有更高的有效机电耦合系数。     

径向复合圆柱压电超声换能器

提出一种三元径向复合圆柱压电超声换能器,并对其径向振动特性进行了研究。基于弹性力学理论及机电类比原理,导出了柱坐标系中分割处理径向极化压电陶瓷管准厚度模振动及薄壁短圆管径向振动的机电等效电路;利用径向力和振速连续的边界条件,得出了径向复合圆柱压电换能器系统的径向振动机电等效电路及其共振频率方程。探讨了换能器径向共振频率及有效机电耦合系数随其几何尺寸的变化关系。研究表明,换能器的径向共振频率及有效机电耦合系数随其内芯半径和预应力管壁厚度增大而降低。研制了一些径向复合圆柱压电换能器,并对其径向共振频率进行了测试。结果表明,理论与实验结果基本一致。      

铌酸锂单晶一些振动模式的机电耦合系数

本文利用晶体的压电、弹性、介电矩阵,通过矩阵及张量运算,推导出铌酸锂晶体厚度模机电耦合系数的精确公式。并计算了任何切割点三个振动模式的机电耦合系数,所得曲线对使用这种晶体具有一定的参考意义。     

ZnO薄膜和薄膜声表面波器件

由Solie和Kino等人提出的薄膜SAW器件,实际上是一种包括覆盖在非压电基片上的压电薄膜在内的层状结构。适当选择压电薄膜和基片材料,可实现强压电耦合和高温度稳定性,氧化锌(ZnO)薄膜由于它有较高的机电耦合系数(K:(?)0.28)、较好的温度稳定性以     

改进型1-3压电复合材料结构参数对其谐振性能的影响

研究了水声换能器用的1-3改进型(称1-3-2型)压电复合材料的结构参数(陶瓷体积分数)对其谐振性能的影响.1-3-2型压电复合材料是由1-3型复合材料和陶瓷基底两部分组成,利用Newnham串并联理论、均匀场理论和混合定律,得到1-3-2型复合材料的压电方程,从而推导出1-3-2型复合材料的各项等效性能参数,并通过实验对频率常数、机电耦合系数和声阻抗等参数的理论推导进行了验证,实验结果与理论计算符合较好。     

+35°YLiNbO_3单晶的生长

LiNbO_3(简称LN)晶体是60年代发展起来的新材料。它是铁电体,具有压电、电光、声光等多种效应,且易于用提拉法在c轴方向生长出大块单晶,故应用颇为广泛。由于其压电性,它在超声领域中也占有重要地位。尤其LN+35°Y切板,具有机电耦合系数较高、频率常数较高、介电常数较低以及高温性能好等多种优点。很适宜于作高频和高温超声检测器的压电元件。因此,常希望采用此种晶体切板。     

液腔耦合高灵敏度压电陶瓷水听器

提出一种利用液腔模态提高接收灵敏度的压电陶瓷标量水听器,称为液腔耦合水听器。该水听器用径向极化的压电陶瓷圆管作为敏感材料,将圆管的外侧壁和上下端面屏蔽而仅使其内侧壁接收声压信号。用"能量法"对压电圆管的振动做了详细分析并给出了等效电路;利用有限元方法预测了水听器的接收性能,并制作、测试了水听器样机。实测证明,在1~8 kHz频率范围内,液腔耦合水听器比相同尺寸的外壁接收圆管水听器的灵敏度有显著提高,在液腔谐振频率附近接收灵敏度达到-181 dB,比后者高10 dB以上。液腔结构的引入,能在较宽频率范围内显著提高水听器的接收灵敏度。