夾心式壓電換能器及其應(yīng)用

序

前言

主要物理量符號集

第1章緒論

1.1壓電材料的發(fā)展歷程

1.2壓電復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

1.2.1壓電復(fù)合材料的連通性及其結(jié)構(gòu)

1.2.2O-3型、1-3型壓電復(fù)合材料

1.2.3金屬-陶瓷壓電復(fù)合換能器

1.2.4壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系

1.2.5壓電復(fù)合材料目前存在的問題及發(fā)展方向

1.3壓電復(fù)合材料及其換能器在水聽器領(lǐng)域的應(yīng)用研究

1.4壓電復(fù)合換能器在振動測量領(lǐng)域的應(yīng)用研究

參考文獻

第2章1-3型壓電復(fù)合材料

2.11-3型壓電復(fù)合材料的工作原理

2.21-3型壓電復(fù)合材料的制備

2.31-3型壓電復(fù)合材料的鐵電性

2.3.1電位移的測量

2.3.2電場的測量

2.3.3應(yīng)變的測量

2.3.41-3型壓電復(fù)合材料的鐵電性

2.4□(□)值的測試方法

2.5PZT相體積分數(shù)與壓電復(fù)合材料性能之間的關(guān)系

2.5.1與靜水壓壓電電荷常數(shù)□之間的關(guān)系

2.5.2與相對介電常數(shù)ε之間的關(guān)系

2.5.3與靜水壓壓電電壓常數(shù)□的關(guān)系

2.5.4與靜水壓靈敏值□的關(guān)系

2.5.5與厚度模機電耦合系數(shù)Kt的關(guān)系

2.5.6與機械品質(zhì)因素Qm值之間的關(guān)系

2.5.7與聲速VD之間的關(guān)系

2.5.8與特性阻抗Z的關(guān)系

2.6PZT小柱的長寬比(ι/ω)與復(fù)合材料的性能關(guān)系

2.7PZT小柱的寬厚比ω/t與復(fù)合材料的性能關(guān)系

2.7.1與□、□及□.□之間的關(guān)系

2.7.2與聲學(xué)特性及機電特性之間的關(guān)系

2.8聚合物對復(fù)合材料靜水壓性能的影響

2.9復(fù)合材料性能與壓力的關(guān)系

2.9.1壓應(yīng)力與復(fù)合材料的極化強度

2.9.2相對介電常數(shù)□/□與靜水壓P的關(guān)系

2.9.3靜水壓壓電常數(shù)□值與靜水壓P的關(guān)系

2.10小結(jié)

參考文獻

第3章基于ANSYS的1-3-2型壓電復(fù)合材料有限元分析

3.11-3-2型壓電復(fù)合材料

3.2基于ANSYS的1-3-2型壓電復(fù)合材料有限元分析

3.2.1ANSYS的操作界面和一般分析過程

3.2.2前處理過程

3.2.3施加載荷與求解

3.2.4后處理過程

3.3基于ANSYS的1-3-2型壓電復(fù)合材料面板應(yīng)力放大作用有限元分析

3.3.1應(yīng)力放大作用分析過程

3.3.21-3-2型復(fù)合材料的表面應(yīng)力分布和位移分布

3.3.3金屬面板參數(shù)對復(fù)合材料壓電性能的影響

3.4命令流的輸入

3.5小結(jié)

參考文獻

第4章基于軸對稱薄殼截錐單元的鈸式壓電復(fù)合換能器有限元分析

4.1基于軸對稱薄殼截錐單元的鈸式壓電復(fù)合換能器有限元分析

4.2陶瓷片為縱向極化時鈸式換能器的縱向位移

4.3陶瓷片為徑向極化時鈸式換能器的縱向位移

4.4陶瓷片為切向極化時鈸式換能器的縱向位移

4.5結(jié)果與分析

4.6小結(jié)

參考文獻

第5章基于ANSYS的鈸式壓電復(fù)合換能器有限元分析

5.1鈸式壓電復(fù)合換能器的軸對稱分析

5.2在ANSYS軟件中建立鈸式壓電復(fù)合換能器模型

5.2.1定義單元類型及屬性

5.2.2設(shè)置材料屬性

5.2.3實體模型的建立

5.2.4劃分網(wǎng)格

5.2.5施加約束和耦合條件

5.3鈸式壓電復(fù)合換能器特性研究

5.3.1力與位移的關(guān)系

5.3.2等效壓電常數(shù)□與鈸式壓電復(fù)合換能器形狀參數(shù)的關(guān)系

5.4小結(jié)

參考文獻

第6章鈸式壓電復(fù)合換能器的制作

6.1端帽制作

6.2鈸式壓電復(fù)合換能器的制作

6.3端帽材料的選定

6.4黃銅箔厚度的選定

6.5端帽幾何尺寸的選定

6.6壓電陶瓷的選定

6.7黏結(jié)劑的選定

6.8黏結(jié)層厚度的確定

6.9老化工藝的確定

6.10小結(jié)

參考文獻

第7章鈸式壓電復(fù)合換能器的高位移性能

7.1位移與端帽形狀參數(shù)的關(guān)系

7.1.1力-位移關(guān)系

7.1.2電場-位移關(guān)系

7.1.3位移遲滯特性

7.1.4位移與端帽的形狀參數(shù)te、tb的關(guān)系

7.2等效壓電常數(shù)□與端帽形狀參數(shù)的關(guān)系

7.2.1等效壓電常數(shù)□與端帽深度te的關(guān)系

7.2.2等效壓電常數(shù)□與端帽底部直徑□及銅箔厚度□的關(guān)系

7.3位移與壓電陶瓷厚度tp的關(guān)系

7.4小結(jié)

參考文獻

第8章鈸式壓電復(fù)合換能器的靜水壓壓電性能

8.1鈸式壓電復(fù)合換能器在靜水壓條件下的工作原理

8.1.1縱向極化的鈸式壓電復(fù)合換能器

8.1.2切向極化的鈸式壓電復(fù)合換能器

8.2靜水壓壓電常數(shù)及靜水壓靈敏值的測試結(jié)果

8.3鈸式壓電復(fù)合換能器的耐壓性能研究

8.4小結(jié)

參考文獻

第9章鈸式壓電復(fù)合換能器的機電性能研究

9.1等效機電耦合系數(shù)和能量傳輸系數(shù)

9.2鈸式壓電復(fù)合換能器的頻率特性

9.2.1頻率響應(yīng)特性

9.2.2形狀參數(shù)與基波諧振頻率的關(guān)系

9.3小結(jié)

參考文獻

第10章鈸式壓電復(fù)合換能器基陣

10.1平面均勻基陣的靜水壓性能

10.1.1并聯(lián)基陣

10.1.2串聯(lián)基陣

10.2鈸式壓電復(fù)合換能器的堆疊結(jié)構(gòu)

10.3平面均勻基陣的水聽器性能

10.3.1水聽器的自由場電壓接收靈敏度及測試方法

10.3.2均勻平面基陣的指向性

10.4小結(jié)

參考文獻

第11章基于1-3型壓電復(fù)合材料的圓柱形水聽器

11.1圓柱形水聽器在低頻接收時的靜態(tài)理論分析

11.1.1彈性力學(xué)分析及其應(yīng)力解

11.1.2自由場開路電壓及開路接收電壓靈敏度

11.2徑向極化圓柱形水聽器的設(shè)計

11.2.1背襯材料的厚度與透射系數(shù)

11.2.2背襯材料的楊氏模量與抗靜水壓能力

11.2.3靈敏度與背襯材料

11.2.4靈敏度與復(fù)合材料的厚度

11.3徑向極化圓柱形水聽器的研制

11.4小結(jié)

參考文獻

第12章新型壓電振動加速度傳感器

12.1壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)

12.2壓電加速度傳感器的工作原理

12.3頻響特性

12.4新型壓電振動加速度傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

12.4.11-3型振動加速度傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計

12.4.2鈸式振動加速度傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

12.5新型壓電振動加速度傳感器的電壓靈敏度

12.5.1新型振動加速度傳感器電壓靈敏度的靜態(tài)理論分析

12.5.2新型振動加速度傳感器輸出電壓與電壓靈敏度

12.6新型壓電振動加速度傳感器的信號處理電路設(shè)計

12.6.1壓電振動加速度傳感器對測量電路的要求

12.6.2電荷放大器的工作基本原理

12.6.3電荷放大電路的設(shè)計

12.6.4低通濾波電路的設(shè)計

12.7電壓靈敏度的非線性補償設(shè)計

12.7.1線性插值的實現(xiàn)方法

12.7.2利用線性插值實現(xiàn)非線性補償

12.7.3補償結(jié)果

12.8小結(jié)

參考文獻

第13章等靜壓壓電常數(shù)的測試方法

13.1等靜壓壓電常數(shù)

13.2等靜壓壓電電壓常數(shù)測試系統(tǒng)

13.2.1信號的檢測

13.2.2基于PKD01峰值保持器的gh值測試系統(tǒng)

13.2.3基于虛擬儀器的gh值測量系統(tǒng)

13.3小結(jié)

參考文獻

附錄有限元分析計算程序

本書主要討論了兩種壓電復(fù)合換能器，即1-3型壓電復(fù)合換能器和金屬-陶瓷壓電復(fù)合換能器。對于1-3型壓電復(fù)合換能器，主要從它的制備方法，PZT相體積百分比以及PZT小柱的形狀參數(shù)對換能器的靜水壓性能及機電性能的影響等方面進行了討論，同時研究了1-3型壓電復(fù)合材料的剩余極化強度、退極化等。對于金屬-陶瓷壓電復(fù)合換能器，主要圍繞鈸式壓電復(fù)合換能器進行研究。運用有限元分析方法，分析計算了不同工作模式下，鈸式壓電復(fù)合換能器的縱向位移;用理論和試驗的方法，研究了金屬端帽及PZT圓片的形狀參數(shù)對換能器性能的影響，同時還對換能器基陣進行了研究。

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