有限长压电陶瓷薄圆管材料常数的测量方法

本文报告了一个测量压电陶瓷材料常数的新方法。可应用它对径向极化有限长薄压电陶瓷圆管的材料常数测量,测量所用的数学公式都是简单的代数运算,所用设备都是普通的电子仪器。使用这个方法能较准确地测出有限长薄压电圆管的泊松比σ,常电场下的顺性常数,平面机电耦合系数,横向机电耦合系数k_31,压电常数d_31和g_31,以及密度ρ和自由介电常数。对换能器设计和产品质量检查有一定意义。     

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。      

对压电陶瓷极化特性的研究

根据研究模型首先得出压电陶瓷极化特性的理论推测,然后使用DP-5型介电谱仪,测量由压电陶瓷材料制作的蜂鸣器。实验测出压电陶瓷的极化方式与极化率和外场频率有关,随着频率的增加,压电陶瓷的离子位移极化率、电介质分子取向极化的极化率将减小,最终表现为相对介电常数减小。实验结果与理论猜测吻合。     

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。      

压电陶瓷大元件的一种极化方法

超声、水声等领域中,经常需要较大尺寸的发射型压电陶瓷元件(如外径100毫米以上、壁厚8毫米左右、高度50毫米左右的圆管).在制备时,以往一直存在成品率不高、机电性能较低、一致性差等问题.本文从极化工艺考虑,提出降温升(电)压的具体方法,取得了一定的效果.陶瓷元件加上电压之后,在降温升压过程中,使所加的电场与矫顽场之差保持不变,即:ΔE=E-Ec,E为所加的电场,Ec为矫顽场,使ΔE在降温过程中保持常数.我们将这种方法称为等(电)压差极化法.对于一定的材料,只要选择合适的ΔE,就能使压电陶瓷在极化过程中既不易击穿,又能得到充分极化.     

压电陶瓷复合换能器固有频率的有限差分法*

为丰富换能器固有频率的研究理论，以及提供一种新的计算方法供工程人员选择，提出了计算其固有频率的有限差分法。以由径向极化的压电陶瓷圆管与金属预应力管沿径向复合而成的二元压电陶瓷复合换能器为例，建立并推导了其向振动的数学模型及其有限差分形式，给出了换能器径向振动的特征方程。利用MTALAB对计算实例的径向振动的固有频率进行编程计算，理论计算结果与已有实验结果符合很好，验证了有限差分法计算压电陶瓷复合换能器固有频率的可行性及准确性。通过仿真计算，给出了换能器径向振动固有频率与其结构尺寸的影响关系：换能器径向振动的固有频率随压电陶瓷圆管内径的增大而降低，随换能器壁厚比的增大而降低。该文所建立的换能器径向振动固有频率的有限差分法同样适用于结构形式相近的换能器及其他元器件。     

测量压电陶瓷复电弹常数的一种方法

本文提出了通过测量压电陶瓷常用振动模基频附近的等效电路及其低频导纳(或阻抗)以获得压电陶瓷复数电弹常数的新的简便方法,此种方法比前人提出的方法简单且它的物理意义更加明确。     

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。     

计算机曲线拟合求压电换能器的特征频率及动态参量

求压电换能器的特征频率及动态参量时通常采用“导纳圆图”的分析方法。测量“导纳圆”时,在换能器的共振频率附近只能测出几个频率点,因此从“导纳圆”上求得的特征频率为较粗糙的线性插值,误差较大,特别是在高Q值时更为明显。实际上,由这种方法确定串联、并联共振频率,电共振与反共振频率等较为困难。因此求与其相关的动态参数也同样困难,利用测量的频率、阻抗模量及幅角,采用计算机作曲线拟合的方法作数据处理,可求得换能器的全部特征频率以及对应的导纳值、机械及电品质因数、有效机电耦合系数等动态参量。在一定程度上提高了精度,编成通用程序后可提高工作效率。     

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。     

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：     

压电陶瓷振子的谐振频率温度稳定性分析

本文由压电陶瓷中铁电畴极化取向的程度以及绝热条件下的压电方程组出发,推导出压电陶瓷振子谐振频率温度系数T_kf以晶格热膨胀系数、剩余极化强度等为变量的表达式。用“纯”Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(锆钛酸铅)的实验数据代入表达式计算,得到准同型相界附近组成的T_kf对Zr/Ti的关系曲线,与实验结果较好地符合。由本文的结论,成功地解释了极化工艺及热处理工艺对T_kf的影响,并讨论了改善压电陶瓷的频率温度稳定性的可能途径。     

压电圆片径向方式等效线路的普遍形式

压电圆片径向方式振子在压电测量中得到广泛应用,国际上的压电测量标准均把它列为主要内容。这种振动方式,Mason曾作过详细研究,得到了电导纳表达式以及只适用于基频共振频率附近的简化等效线路。本文从Mason的电导纳表达式出发,利用Mittag-Leffler定理,导出了适用于任何频率的等效线路的普遍形式;从而证明了此种形式等效线路与从波动方程求得的严格解析解完全等价。     

用迈克尔逊干涉仪测量压电陶瓷的电致伸长系数

本文简述了测量压电陶瓷电致伸缩的原理和方法，用双变量统计法计算压电陶瓷准线性区内的电致伸长系数．     

钇掺杂钨酸铅晶体中的极化子和导纳谱

在室温至160 ℃范围内测量了掺钇钨酸铅(PWO∶Y)晶体的直流电导率,证明此时的载流子为极化子.观察到极化子由能带导电到跳跃导电转变引起的电导率极小.在此温区的交流导纳分析给出的交流电导率比直流电导率大三个数量级,说明此时的交流电导率主要是复介电常数的贡献.当样品的电导率和介电常数均随频率而变化时,从交流测量只能得到样品的总的导纳谱，而不能将其中的电导谱和介电谱分开. 关键词： 钨酸铅 电导谱 介电谱 导纳谱 极化子     

压电管堆式宽带换能器*

研究了一种具有管状叠堆结构的圆管换能器,其敏感元件是由纵向极化压电陶瓷单元组成的薄壁管状压电叠堆,探讨利用管状叠堆纵向和径向振动耦合实现宽带发射。利用压电柱壳振动理论推导了管堆的频率方程,分析了换能器的纵向和径向模态的振动耦合特性。在理论分析的基础上利用有限元方法对换能器的带宽和发射电压响应进行优化并研制换能器样机。测试结果表明,纵向极化的管状压电叠堆结构具有良好的发射电压响应和宽带特性,与理论及仿真结果相符。     

几种压电陶瓷在极化时声发射特性研究

压电陶瓷是多畴压电材料,在极化之前从宏观上看并不显压电性;通过在直流电场中的极化可以使其电畴作定向排列,从而使陶瓷显压电性.采用声发射技术监测压电陶瓷极化时有无声发射产生和声发射的情况,可以掌握压电陶瓷在极化过程中电畴的动态特性;这对于研究压电陶瓷的电畴结构和极化工艺将是有益的。     

兰姆波锂电池极化电压优化实验*

为了降低极化对电池的影响,应用兰姆波技术对锂电池进行优化极化电压的实验。结合二阶电路模型,计算锂电池的极化电压,分析极化电压随各影响因素的变化关系。实验结果表明：当兰姆波的激发频率一定时,极化电压优化幅值随加在压电陶瓷两端的激发电压的增大而增大,呈线性变化;当兰姆波的激发电压保持不变时,极化电压优化幅值与加在压电陶瓷两端的激发频率不成线性关系,而是在某一共振激发频率内达到最优。     

弛豫铁电单晶弯曲梁矢量水听器研究

研制了一种弛豫铁电单晶(PMNT)二维矢量水听器,矢量通道和声压通道分别由两个正交压电单晶复合弯曲梁振子和PZT-5压电陶瓷圆管组成。基于弹性力学理论和水下质点振速测量原理对弯曲梁矢量水听器进行建模,推导给出了接收电压灵敏度表达式,分析了弯曲梁应力分布对矢量水听器接收性能的影响以及PMNT压电单晶材料与弯曲梁结构的匹配问题。在理论分析的基础上,研制了PMNT压电单晶和PZT、-5压电陶瓷矢量水听器样品并进行测试。测试结果表明:压电单晶矢量水听器与压电陶瓷矢量水听器相比,接收电压灵敏度提高11 dB,自噪声降低3 dB,测试结果与理论结果相符。      

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。