压电陶瓷换能器和压电陶瓷材料的应用与发展

压电陶瓷换能器广泛应用于数据处理、信息处理、通讯、声纳、陀螺、水声器、记步器、激光器、喷墨打印、超声清洗、超声焊接、报警、以及燃气设备等行业和技术领域中。 压电陶瓷换能器的制造是经过配料、烧结、机械加工、表面金属化、用直流电场进行极化处理而得到。压电陶瓷的物理、化学和压电特性为适合特殊的应用可以通过设计相应的压电陶瓷材料配方并辅以一定的工艺技术而实现。     

压电音叉式电荷斩波器及应用

利用压电晶体的“压电效应”制作的电荷斩波器,具有体积小、重量轻、结构简单、安装方便和使用寿命长等优点,是电荷调制的理想器件。本文介绍的电荷斩波器实质上是采用压电陶瓷材料作换能器,利用压电技术制作的用于电荷斩波的压电音叉,实际上它又是利用机电换能器激励和拾取叉状振子固有机械振动的谐振器。就压电音叉而言,作为频率振荡元件和频率选频元件广泛地应用于工业控制、通信设备等领域中。随着科学技术的迅速发展,如何提高获取信息和处理信息的技术水平已成了一个很重要的研究课题,因此在信号检测和处理技术中,那些特殊形状的压电音叉就相继诞生了。近几年来,特别是在光电系统中得到广泛的应用。而作为电荷调制用的压     

压电音叉频率特性检测系统研究

压电音叉广泛应用于工业领域,其频率特性是工程技术应用的关键指标。传统的压电音叉频率的检测效率低、适应性差,为了精确地测定压电音叉的频率特性,提高测试效率,该文以工业中常用的音叉物位计为对象,设计了基于ARM9的频率特性检测系统,此系统能够显示压电音叉的固有频率,以判断是否符合要求,提高了效率和精度。     

弯曲振动压电陶瓷换能器

介绍了一种夹心式弯曲振动压电陶瓷换能器，该换能器由压电陶瓷半圆片、前后金属盖板以及预应力螺栓三部分组成，在结构上类似于夹心式纵向振动换能器。从弯曲振动细棒的运动方程出发，得出了夹心式弯曲振动压电换能器的频率设计方程，在此基础上，进行了弯曲振动换能器设计，结果表明，利用本文得出的公式设计换能器，其共振频串的测试值与设计值基本符合。     

压电陶瓷—金属复合体及其应用

叙述了压电陶瓷－金属复合体在压电复合材料中的地位、意义与基本结构；从正逆压电效应的角度，简明地论述了其基本原理；介绍了其在水声换能器、致动器、触觉传感器及加速度传感器方面的应用；指出了今后研究与开发的方向。     

高品质高稳定性压电陶瓷的发展与展望

简要地回顾了近１０多年来压电陶瓷材料在高品质、高稳定性方面的发展概况、研究水平及最新进展。归纳了此类压电材料发展的几条途径，展望了压电材料继续发展的前景。     

功率超声压电陶瓷换能器振动特性的控制

本文提出了用测量压电陶瓷圆板振动频谱和电导纳特性,研究磨边缘的压电陶瓷圆板产生能阱,用等效质量因子m控制耦合径向振动的影响。     

高效率压电陶瓷超声推挤加工装置研究

针对波导管内壁的加工,提出了波导内腔超声推挤原理和装置,采用了具有频率自动跟踪系统的超声波发生器,自行设计了用于波导内腔超声推挤的压电陶瓷换能器,并设计给出了变幅杆--推刀振动子系统的谐振频率、位移节点、放大倍数等计算公式,测出了声学系统的电导--电纳特性,并进行了工艺试验,探讨了超声推挤过程.     

压电超声换能器的应用与发展

压电换能器是超声技术的主要部件，其种类多，用途及发展前景广。该文回顾了超声换能器的发展历程，概括总结了压电超声换能器的分类和应用，分析了压电超声换能器的发展趋势。大功率、低压驱动、高频、薄膜化、微型化、集成化是当前的发展方向。     

压电陶瓷圆筒振子耦合振动的本征频率分析

研究了压电陶瓷圆筒振子的耦合振动,分析了振子的轴向、径向伸缩振动及扭转振动之间的耦合关系.从理论上推导出了振子耦合振动的共振频率方程.由于分析中对振子的几何尺寸未加任何限制.因此所得结论适用于任何尺寸的陶瓷圆筒振子,其中包括厚壁圆筒及圆环.理论分析表明.本研究计算简单,物理意义明显,与一维理论的结果相比,文中得出的振子耦合振动的共振频率与实测值符合较好.     

石英音叉陀螺等效参数的测量与分析

分析了石英音叉陀螺连接电路中采样电阻的等效电容(电容特性)对测试的影响,求出了陀螺等效参数,找出了理想工作点.根据陀螺连接电路,针对考虑和不考虑采样电阻的等效电容两种情况进行建模,利用基于初等反射阵(Householder矩阵)变换的最小二乘法求出陀螺两组等效参数,通过仿真对比说明了采样电阻的等效电阻对测试结果有影响,测试中必须考虑.通过求得的参数进行仿真研究,说明了陀螺的真实串联谐振频点为陀螺的理想工作点.     

Improved Design and Modeling of Micromachined Tuning Fork Gyroscope Characterized by High Quality Factor

This paper proposes an improved design of micromachined tuning fork gyroscope （M-TFG） to decouple the cross talk between driving and sensing directions better and to increase resolution. By employing dual-folds spring suspension, the drive mode and the sense mode are mechanically decoupled. Through careful layout design of the location of the dual-folds spring suspension and the drive combs, the mechanical coupling effect is further decreased by isolating the unwanted excitation from detection. The quality factor investigation demonstrates that high quality factor can be attained by using this structure, which can bring in accurate resolution. As a result, this design has the potential to accomplish low bias drift and accurate resolution for initial level applications.     

无铅压电材料NBT-BZT陶瓷压电性能及改性

通过配方试验和性能测试分析研究了(1x)Na1/2Bi1/2TiO3-xBa[ZryTi(1y)]O3(x=0.04,0.06,0.08,0.10,y=0.04,0.045,0.05,0.06)无铅压电陶瓷的压电、介电性能。以及当x=0.06,y=0.045时引入Sn4+对NBT-BZT材料的压电介电性能影响。研究表明:当x=0.06,y=0.045, Sn4+对(Na1/2Bi1/2)2+取代量为0.02时,系统的压电性能参数d33和kt分别达到196 pC/N和0.55,相对介电常数可提高到1 263。     

石英音叉微细加工若干问题探讨

采用基于半导体工艺的光刻、化学腐蚀等微细加工方法在石英晶体基片上批量制作石英音叉。化学腐蚀石英音叉时，叉指的一个侧面中央有棱角，腐蚀速率先慢后快有利于棱角的消除，但去掉棱角的主要方法是增加腐蚀时问；实验探索了能够耐受长时问腐蚀液浸泡的Cr／Au掩模的制作方法和工艺，成功地腐蚀出石英音叉样品；选用黑白反相的十字套准标记进行石英音叉图形的双面光刻套准可以减小人为对准误差，腐蚀出的双面音叉图形的套准精度可小于3μm。石英晶体结构的三角对称性和Cr／Au掩模的耐腐蚀性是限制微细加工制作石英音叉达到理想形状的关键。     

石英音叉陀螺芯片工艺误差的影响分析

加工高质量的石英音叉需要解决工艺误差导致的机械耦合误差及频率漂移等问题.使用测量显微镜对石英音叉驱动叉指的长度和宽度在主要工艺过程中的变化进行了测量,其中以石英音叉化学腐蚀引入的尺寸误差较大.采用有限元法建立了引入工艺误差的仿真模型,得到的仿真结果更接近实际测试数据.质量平衡调节可以有效地补偿工艺误差,消除机械耦合误差,提高石英音又陀螺的性能.     

音叉式石英晶振谐振频率的非电学快速测量方法

设计了声激励和光激励两种非电学快速测量音叉式石英晶振谐振频率的方法。不同于传统的电激励测量法,在外部激励源激发音叉振动同时,使用一束探测光把音叉振臂的振动信号转化成光强变化信号,从而避免了在测量中压电效应的使用。在声激励实验中,对比了不同的声波发生器和有无导声管的激励效果,优化了声波激发位置;在光激励实验中,研究优化了光束激发的位置。     

石英音叉陀螺最佳谐振频率点的分析与控制

分析了石英音叉陀螺驱动端叉指振动速度幅值在3个不同谐振频率点的稳定性,实现了最佳谐振频率点的控制。首先根据机电等效理论得出陀螺等效电路中串联支路电流等效于音叉振动速度;然后分析了串联支路导纳的幅频特性,得出在串联谐振频率点处音叉振动速度幅值受频率抖动影响最小的结论;但实际求得的谐振频率点与真实谐振频率点之间存在差别。设计移相电路,调整移相电路的阻容值使陀螺工作在不同的谐振频率点,通过比较可以看出在真实串联谐振频率点处陀螺驱动端叉指振动最稳定;调整移相电路的阻容值使其产生3.78°的相移可使陀螺工作在真实串联谐振频率点处。     

一种用于石英音叉光声检测的前置带通滤波器

针对石英增强光声检测系统中石英音叉共振信号的特征及提取要求,设计了一款六阶切比雪夫有源模拟带通滤波器。根据切比雪夫滤波器理论和Sallen-Key拓扑结构模型完成实际电路的设计,并通过石英音叉共振特性测试实验对滤波器的性能做出了验证。实验结果表明,该滤波器能对石英音叉光声信号进行滤波去噪并无失真放大,其性能指标满足:通频带宽935 Hz,波纹0.8 dB,带外衰减51 dB,品质因数(Q)值35.09,能有效抑制环境噪声,可用于石英增强光声光谱检测领域光声前端信号的处理。