压电振子的多维耦合振动(Ⅱ)——复合压电振子

本文利用表观弹性法分析了复合压电振子的三维耦合振动的基频本振方式,得到了振子共振频率的很简单的解析表达式并由此计算了频率常数随振子尺寸变化的关系曲线。本文的计算结果同已发表的用有限元法计算的结果满意地符合。由于计算公式十分简单,因此共振频率的计算可以用微型计算器很快计算出来而无需用电子计算机,所以这种方法对工程设计和估算来说要比有限元法简便得多。 此外,还给出了有限长圆柱中“纵波”相速的频散公式,并与无限长圆柱中的公式进行了比较。 本方法也可用来计算其它复合压电振子的共振频率。     

压电振子的多维耦合振动(Ⅰ)——纯压电振子

本文利用表观弹性法分析了各种压电振子,包括矩形断面的长条、矩形板、实心圆柱和空心圆柱的二维和三维耦合振动的基模并且得到了上述振子的共振频率的极其简单的解析表达式。由这些公式计算了频率常数随振子几何尺寸改变的关系曲线。所得到的结果分别与用有限差法、有限元法以及里兹变分法所得到的结果满意地符合,也与实验结果满意地符合。 由于共振频率的计算公式极其简单,因此共振频率的计算可以用微型计算器很快完成而不必利用计算机,所以对工程设计和估算来说这种方法比上述种种方法要简便得多。 最后,应当强调指出这种方法显然也可用来计算复合压电振子的多维耦合振动的基频。     

声波测井压电振子的有限元分析

压电振子是新一代方位声波测井仪器中相控圆弧阵声波辐射器的重要组成部分。利用有限元法对构成圆弧阵的压电振子进行了设计分析,结果显示了压电振子存在多阶弯曲振动模态,且长度方向一阶弯曲振动能够满足方位声波测井的工作频率要求。针对长度方向一阶弯曲振动模式,数值模拟了几何尺寸对压电振子性能参数的影响。压电振子的谐振频率随着陶瓷片长度、基片或陶瓷片厚度的减小而降低;压电振子的辐射声功率随着陶瓷片长度或压电振子宽度的增加、基片或陶瓷片厚度的减小而增大;合理地选取长度和厚度可使压电振子具有较高的机电耦合系数。数值模拟结果可以对圆弧阵结构优化设计起到良好的指导作用。     

合成双射流激励器振动噪声特性

合成双射流激励器工作噪声远低于合成射流激励器工作噪声, 但其噪声特性仍然限制了其应用于笔记本电脑、空调、冰箱等室内电子设备散热. 为降低合成双射流激励器整体噪声, 采用数值模拟的手段探究合成双射流激励器在不同边界条件下的振动噪声特性, 为合成双射流激励器降噪设计提供指导. 结果表明: 压电振子与壳体的振动共同影响着激励器振动噪声声压级大小; 夹持条件对振动噪声影响很大, 压电振子处于夹支条件时, 激励器的振动噪声声压级比压电振子处于简支时的激励器最大声压级低10 dB.      

超声管形振子的振动分析

基于Flügge壳体理论,利用严格解法得出了自由边界条件下超声管形振子纵径耦合振动的频率方程,研究了长径比、径厚比及泊松比等参数对振子振动频率的影响,并和薄膜简支边界条件下的振动情况进行了对比;通过与表观弹性法进行比较研究,探讨了表观弹性法的精度;最后用严格解法计算了管形振子的振型曲线,对其纵径转换效率进行了分析.研究...     

有限尺寸压电陶瓷圆板的耦合振动

本文从压电陶瓷圆板的二维运动方程出发,在进行分离变量后可得到仅依赖于轴向坐标z的方程。然后根据边界条件用伴随法求解,从而得到了依赖于径向扩张基频的振动频谱。我们再从厚度振动的基频出发,求其径向扩张振动的频谱。由计算结果看出,压电陶瓷圆板的径向和轴向振动频谱不但与其压电、介电、弹性常数有关,而且它们二者之间也相互影响,即是所谓的“耦合”关系。为了验证理论的正确性,作者计算了一个实例,计算结果与实测虽符合得不很好,但比一维理论确好得多,而所取材料参数的误差也是引起误差的一个重要因素。     

超声马达中夹紧压电环的非轴对称振动

应用环形压电板振子的超声马达具有厚度小的优点,能满足很多工程上的要求。其工作原理和其他类型的超声马达一样,也是通过摩擦力把振子表面质点的椭圆运动变换为转子的运动。因此,为要开发出性能优良的超声马达,必须清楚了解作为超声马达定子的环形板的振动特征。过去对环形板或圆盘的分析均仅考虑自由振动的情形,本文则分析了在环的内缘或外缘夹紧的情况下,环形压电板的非轴对称振动。内容包括振动时的位移分布图样,自由边缘上质点的椭圆运动,表面上感应电荷的分布及机电耦合因数等。还进行了数字计算,并从应用于超声马达的角度出发,对几种不同的振动模式作了评估。     

悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究

研究了利用系统非线性来提高悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获效率的随机共振机理,通过增加一对矩形永磁铁对传统线性悬臂梁压电振子结构进行了改进,结果揭示:在外部非线性磁力作用以及合适的磁铁间距条件下,这种外加磁力悬臂梁压电振子会构成一个双稳系统,在外部宽带低频随机振动源激励下发生随机共振现象,且发生随机共振时的输出电压明显增大,从而可以扩展悬臂梁压电振子的共振频率范围、提高低频振动能量的转化输出. 关键词： 压电悬臂粱 振动能量俘获 宽带低频 随机共振     

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。     

一种非均匀厚度压电复合材料片宽带换能器的实验研究

本文利用１－３压电复合材料作为换能元件，通过特殊工艺制备成一面是平面，一面是球面的非均匀厚度压电振子，这种压电晶片加上激励电压后，不同厚度处以不同的共振频率振动，从而使压电晶片的振动频带加宽，本文介绍了这种压电晶片的机电特性，以及用这种压电晶片制成的宽带聚焦超声换能器的脉冲回波特性，此外，文中还对这种换能器与均匀厚度压电晶片换能器的脉冲回波特性进行了比较。     

压电陶瓷复合振子的电声效率与振子压电片位置关系的实验研究

压电陶瓷组成的功率超声复合振子,虽然有不少优点,但是在实际负载中,有时声负载匹配不够理想,声能不易辐射出去。如果压电片的位置放的不妥当,其声能就更辐射不出去,增加了换能器的损耗,降低了电声效率。本文从振子的晶片位置上研究了这个问题。 一、引言 关于复合振子的压电片位置,有人曾作过研究。例如:Shoh研究了压电片位置对振子内部功率损耗的影响。Lemaser在频率为10kHz下,研究了压电片的位置对阻抗、Q值和辐射端头位移的影响。汪承灏研究了压电片的位置对有效耦合系数的影响。我们根据压电片在振子中的位置不同,设计了多种20kHz的压电陶瓷复合振子。在超声工程常用的功率和位移振幅下,分两种情况试验:第一情况,向空气中辐射;第二种情况向水中辐射。通过这些实验,从压电陶瓷片在振子中的不同位置,观察它们的内部损耗功率和电声效率的变化。     

压电单晶某些振动模的频率温度系数

本文从压电单晶振动模的频率温度系数定义出发,通过张量和矩阵等计算方法,推导出任意切割方向纵振动模的频率温度系数公式,以及厚度模反共振及共振频率温度系数公式.计算了铌酸锂单晶的这些振动模的频率温度系数,所得曲线对使用这种晶体具有一定的参考意义.     

性能可调的纵向振动圆锥形超声变幅杆*

提出了一种基于压电效应的性能可调纵向振动圆锥形超声变幅杆,并对其振动性能进行了研究。该变幅杆由传统的圆锥形超声变幅杆和压电陶瓷材料组合而成。论文研究了圆锥变幅杆中压电陶瓷材料的厚度、位置以及电阻抗的改变对变幅杆性能参数的影响,并进行了数值模拟仿真及实验验证。结果表明,通过改变压电陶瓷材料的厚度、位置和电阻抗值,可以实现变幅杆共振频率和位移放大系数的改变。理论计算结果与数值模拟值和实验测试值符合得很好。     

金属银极薄薄膜的光学特性

本文根据可见光区域测量的不同厚度,不同稳定情况下Ag膜透过率光谱响应曲线,结合岛状金属膜有效介质理论,讨论了Ag膜中类自由电子和束缚电子引起的等效洛伦兹振子和带间跃迁随厚度和稳定时间的变化规律。理论计算的透过率曲线与实验符合得很好。比较理论与实验,得到了不同厚度下、不同稳定情况Ag膜的光学常数。     

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。      

幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路

基于机电类比原理和变厚度薄圆环的平面应力方程,推导了幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路、共振频率方程和位移放大系数。讨论了第一、二阶径向共振频率及相应的位移放大系数随圆环半径比的变化关系。结果表明,幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路是一种非互易二端口等效网络;一阶和二阶共振频率随圆环内外半径比的增大而增大;一阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大先降低后升高,二阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大而降低,但二阶时的位移放大系数整体大于一阶,因此二阶径向共振模式具有更好的径向振动性能。用COMSOL有限元软件对解析理论分析结果进行了验证,仿真模拟结果与解析理论符合良好。根据幂函数型环形聚能器的等效电路模型,进一步设计了一种压电环形换能器,计算了第一、二阶径向共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数,通过与COMSOL有限元软件模拟结果对比,符合良好。本文研究结果为幂函数型环形聚能器及压电环形换能器的工程应用提供了简明设计理论,文中研究结论可作为一种径向超声切割刀在超声工程中获得重要应用。      

振动式微机械陀螺动态特性光学测试

针对振动式微机械陀螺的设计过程中对微振子动态特性的精确评价问题,提出一种测量微振子动态特性的光学方法。该方法利用高速摄像机获取陀螺微振子在振动时的时间序列图像,然后采用数字图像相关技术对序列图像进行相关计算,以获得微振子在大气中振动的位移、速度和加速度曲线,并由此计算微振子的固有频率和品质因数。该方法对位移的分辨力在亚微米量级,具有较高的测量精度。对文中被测陀螺驱动模态的固有频率测量结果为2061.67 Hz,大气压下的品质因数测量结果为66.67。提出的方法可为微陀螺动态特性的测量提供一种精确、有效的途径。     

压电陶瓷薄圆环振子径向振动的机电等效电路及其分析

本文对轴向极化压电陶瓷薄圆环的径向振动进行了研究，推出了其机电等效电路，得出了振子的共振和反共振频率方程并进行了实验验证。探讨了振子的共振和反共振频率与其材料和几何尺寸之间的依赖关系。     

具有阻抗匹配层的宽带纵向振动压电换能器设计

本文研究纵向振动压电换能器的频带展宽问题。在复合棒纵向换能器的辐射端加工适当材料的阻抗匹配层,可以使其工作在非单谐振状态下,在单层阻抗匹配层的情况下,合理地选择匹配层的厚度可以调整其谐振点之间的位置,从而改善换能器的辐射特性。本研究结果表明,对于机械品质因素Qm=6,发射响应带宽△f=4kHz的纵向振子,采用四分之一波长厚度的匹配层,在不降低发射响应的条件下,可展宽频带一倍以上。     

压电振子表面振动位移分布的激光干涉仪测量

本文提出了一种采用迈克尔逊干涉仪方法测量压电振子表面振动位移分布的简单方法。当其中一支光路引入一低频相位调制,可使测量结果不受环境机械振动和声噪声的干扰(包括带动微动台移动的马达机械振动和声噪声),因而可进行一维自动测量。当自动测量时,位移振幅一般需大于0.1A,当进行定点精密绝对测量时,最小可测位移为5×10~(-2)-5×10~(-3)A,最后给出了几种压电振子的测量结果。