新型壓電複合換能器及其套用

作者率先在國內開展了從較為成熟的PZT/聚合物1-3型電複合材料入手，堅持這一方向10餘年，涉及到結構的設計與計算、材料的選擇、製作工藝、性能及其測試，以及器件和套用等多方面的內容。本書是作者在自己研究工作基礎上撰寫而成的，和許多有關材料的研究工作不同，該書把材料的研究和換能器的開發與套用更加緊密地結合在一起，擴展了思路，使該書對壓電換能器的開發有更重要指導意義。

基本介紹

• 書名：新型壓電複合換能器及其套用
• 作者：李鄧化
• ISBN：9787030191137
• 出版社：科學
• 出版時間：2007-07-01
• 開本：16開

內容簡介

本書主要討論了兩種壓電複合換能器，即1-3型壓電複合換能器和金屬-陶瓷壓電複合換能器。對於1-3型壓電複合換能器，主要從它的製備方法，PZT相體積百分比以及PZT小柱的形狀參數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型壓電複合材料的剩餘極化強度、退極化等。對於金屬-陶瓷壓電複合換能器，主要圍繞鈸式壓電複合換能器進行研究。運用有限元分析方法，分析計算了不同工作模式下，鈸式壓電複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圓片的形狀參數對換能器性能的影響，同時還對換能器基陣進行了研究。

版 次：初版

包 張：平裝

目錄

序

前言

主要物理量符號集

第1章緒論

1.1壓電材料的發展歷程

1.2壓電複合材料的研究現狀

1.2.1壓電複合材料的連通性及其結構

1.2.2O-3型、1-3型壓電複合材料

1.2.3金屬-陶瓷壓電複合換能器

1.2.4壓電複合材料的結構-性能關係

1.2.5壓電複合材料目前存在的問題及發展方向

1.3壓電複合材料及其換能器在水聽器領域的套用研究

1.4壓電複合換能器在振動測量領域的套用研究

參考文獻

第2章1-3型壓電複合材料

2.11-3型壓電複合材料的工作原理

2.21-3型壓電複合材料的製備

2.31-3型壓電複合材料的鐵電性

2.3.1電位移的測量

2.3.2電場的測量

2.3.3應變的測量

2.3.41-3型壓電複合材料的鐵電性

2.4□(□)值的測試方法

2.5PZT相體積分數與壓電複合材料性能之間的關係

2.5.1與靜水壓壓電電荷常數□之間的關係

2.5.2與相對介電常數ε之間的關係

2.5.3與靜水壓壓電電壓常數□的關係

2.5.4與靜水壓靈敏值□的關係

2.5.5與厚度模機電耦合係數Kt的關係

2.5.6與機械品質因素Qm值之間的關係

2.5.7與聲速VD之間的關係

2.5.8與特性阻抗Z的關係

2.6PZT小柱的長寬比(ι/ω)與複合材料的性能關係

2.7PZT小柱的寬厚比ω/t與複合材料的性能關係

2.7.1與□、□及□.□之間的關係

2.7.2與聲學特性及機電特性之間的關係

2.8聚合物對複合材料靜水壓性能的影響

2.9複合材料性能與壓力的關係

2.9.1壓應力與複合材料的極化強度

2.9.2相對介電常數□/□與靜水壓P的關係

2.9.3靜水壓壓電常數□值與靜水壓P的關係

2.10小結

參考文獻

第3章基於ANSYS的1-3-2型壓電複合材料有限元分析

3.11-3-2型壓電複合材料

3.2基於ANSYS的1-3-2型壓電複合材料有限元分析

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施載入荷與求解

3.2.4後處理過程

3.3基於ANSYS的1-3-2型壓電複合材料面板應力放大作用有限元分析

3.3.1應力放大作用分析過程

3.3.21-3-2型複合材料的表面應力分布和位移分布

3.3.3金屬面板參數對複合材料壓電性能的影響

3.4命令流的輸入

3.5小結

參考文獻

第4章基於軸對稱薄殼截錐單元的鈸式壓電複合換能器有限元分析

4.1基於軸對稱薄殼截錐單元的鈸式壓電複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結果與分析

4.6小結

參考文獻

第5章基於ANSYS的鈸式壓電複合換能器有限元分析

5.1鈸式壓電複合換能器的軸對稱分析

5.2在ANSYS軟體中建立鈸式壓電複合換能器模型

5.2.1定義單元類型及屬性

5.2.2設定材料屬性

5.2.3實體模型的建立

5.2.4劃分格線

5.2.5施加約束和耦合條件

5.3鈸式壓電複合換能器特性研究

5.3.1力與位移的關係

5.3.2等效壓電常數□與鈸式壓電複合換能器形狀參數的關係

5.4小結

參考文獻

第6章鈸式壓電複合換能器的製作

6.1端帽製作

6.2鈸式壓電複合換能器的製作

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黏結劑的選定

6.8黏結層厚度的確定

6.9老化工藝的確定

6.10小結

參考文獻

第7章鈸式壓電複合換能器的高位移性能

7.1位移與端帽形狀參數的關係

7.1.1力-位移關係

7.1.2電場-位移關係

7.1.3位移遲滯特性

7.1.4位移與端帽的形狀參數te、tb的關係

7.2等效壓電常數□與端帽形狀參數的關係

7.2.1等效壓電常數□與端帽深度te的關係

7.2.2等效壓電常數□與端帽底部直徑□及銅箔厚度□的關係

7.3位移與壓電陶瓷厚度tp的關係

7.4小結

參考文獻

第8章鈸式壓電複合換能器的靜水壓壓電性能

8.1鈸式壓電複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複合換能器

8.1.2切向極化的鈸式壓電複合換能器

8.2靜水壓壓電常數及靜水壓靈敏值的測試結果

8.3鈸式壓電複合換能器的耐壓性能研究

8.4小結

參考文獻

第9章鈸式壓電複合換能器的機電性能研究

9.1等效機電耦合係數和能量傳輸係數

9.2鈸式壓電複合換能器的頻率特性

9.2.1頻率回響特性

9.2.2形狀參數與基波諧振頻率的關係

9.3小結

參考文獻

第10章鈸式壓電複合換能器基陣

10.1平面均勻基陣的靜水壓性能

10.1.1並聯基陣

10.1.2串聯基陣

10.2鈸式壓電複合換能器的堆疊結構

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

參考文獻

第11章基於1-3型壓電複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理論分析

11.1.1彈性力學分析及其應力解

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計

11.2.1背襯材料的厚度與透射係數

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靈敏度與複合材料的厚度

11.3徑向極化圓柱形水聽器的研製

11.4小結

參考文獻

第12章新型壓電振動加速度感測器

12.1壓電式加速度感測器的結構

12.2壓電加速度感測器的工作原理

12.3頻響特性

12.4新型壓電振動加速度感測器的結構設計

12.4.11-3型振動加速度感測器結構設計

12.4.2鈸式振動加速度感測器的結構設計

12.5新型壓電振動加速度感測器的電壓靈敏度

12.5.1新型振動加速度感測器電壓靈敏度的靜態理論分析

12.5.2新型振動加速度感測器輸出電壓與電壓靈敏度

12.6新型壓電振動加速度感測器的信號處理電路設計

12.6.1壓電振動加速度感測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電荷放大電路的設計

12.6.4低通濾波電路的設計

12.7電壓靈敏度的非線性補償設計

12.7.1線性插值的實現方法

12.7.2利用線性插值實現非線性補償

12.7.3補償結果

12.8小結

參考文獻

第13章等靜壓壓電常數的測試方法

13.1等靜壓壓電常數

13.2等靜壓壓電電壓常數測試系統

13.2.1信號的檢測

13.2.2基於PKD01峰值保持器的gh值測試系統

13.2.3基於虛擬儀器的gh值測量系統

13.3小結

參考文獻

附錄有限元分析計算程式