基于钹式压电阵列的新型引信发电装置设计

设计了一种基于钹式压电换能器阵列的新型引信用发电装置,使用等静压压电常效法研究了钹式换能器及其阵列的发电特性,分析了发电装置在弹药发射环境下的电能输出特性.研究结果表明,该发电装置能有效收集发射环境中的冲击能,并将其先转换为振动能再转换为持续的电能,延长了压电换能器的电能输出时间,解决了现有引信压电电源电能输出小,供电时间短等问题.     

压电超声换能器的阻抗匹配分析

介绍了压电超声换能器在串、并联谐振时的等效电路,并对换能器工作在两种谐振频率时的实时跟踪和工作性能进行了详细分析,通过对换能器的外部LC串联匹配分析和相应的阻抗匹配变换,提出了压电超声换能器在并联谐振角频率附近,具有很好的功率自动调节性能。     

夹心式压电超声复频换能器的研究

对具有多个共振频率的纵向振动夹心式压电超声换能器进行了研究，该换能器由多组压电陶瓷片及金属棒组成。在一维纵向振动理论及等效电路的基础上，推出了夹心复频超声换能器的共振频率方程，设计并制作了一些复频换能器，并对换能器的共振频率、有效机耦系数和等效电阻抗等参数进行了测试。     

随钻声波测井仪条带型接收换能器的有限元分析

条带型接收换能器是随钻声波测井仪的关键器件,其声学性能直接影响测量信号的质量。利用有限元法对条带型接收换能器进行设计分析。结果表明,接收换能器中的压电片采用并联接线方式接收灵敏度较高,在钻铤波隔声阻带内接收灵敏度起伏小于20 dB。在此基础上分析了压电片个数及几何尺寸对换能器接收灵敏度的影响。条带型接收换能器的压电片个数越多,压电片厚度越大,钻铤波隔声阻带范围内接收灵敏度越高,有利于提高地层波信号测量;压电片高度越大,压电片宽度越小,钻铤波通带范围内灵敏度越低,有利于降低钻铤波信号能量。数值模拟结果对随钻声波测井仪条带型接收换能器的设计及制作有良好的指导作用。     

固结磨料超声磨削用压电换能器等效阻抗分析

固结磨料超声磨削加工过程中,随着负载的快速变化,压电换能器必须保持快速的频率跟踪与功率匹配响应,才能满足高效精密加工需求。该文从微观角度分析了固结磨料超声磨削的材料去除过程,通过建立压电换能器的力学模型,基于力电类比,得出压电换能器的等效阻抗与负载变化关系,即换能器的负载越大,其等效阻抗越大。当采用恒压源驱动压电换能器时,当换能器的负载越大,输出功率越小;反之,负载越小,输出功率越大,换能器无法工作在最佳状态。因此,为改善加工稳定性,提高材料表面完整性,提出了压电换能器的智能化恒流激励电源驱动方案,并进行了空载和负载状况下的电源系统测试试验,为进一步展开相关加工工艺研究奠定了坚实的基础。     

Spherical-Cymbal换能器位移特性研究

提出了一种新型高位移性能的球冠钹型(Spherical-Cymbal)压电复合换能器.Spherical-Cymbal换能器由厚度方向极化的压电陶瓷薄圆片夹持在两个球形金属端帽间制成,每个金属端帽内表面均有一个浅球冠形空腔,球形金属端帽起机械放大作用,它将压电陶瓷薄圆片的微小径向位移转换并放大为垂直其表面的较大的轴向位移.在变形假设条件下,建立了Spherical-Cymbal换能器的位移简化模型.数值计算结果表明,Spherical-Cymbal换能器比钹型(Cymbal)换能器具有更好的位移特性,某给定几何尺寸Spherical-Cymbal换能器的轴向位移是无端帽压电陶瓷薄圆片轴向位移的43.7倍,是相同尺寸Cymbal换能器轴向位移的1.1倍.     

夹心式压电超声扭转振动换能器的设计

对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了研究，得出了其共振频率方程，给出了切向极化压电陶瓷剪切波的等效声速。对于扭转振动换能器系统设计理论的建立提供了一定的理论基础。     

Cymbal型压电换能器等效压电常数影响因素分析

通过对Cymbal换能器压电陶瓷片受力分析,给出了其压电方程的边界受力约束条件,建立了Cymbal型压电换能器等效压电常数de33函数模型。模型计算结果与试验结果吻合。并利用该模型,分析了Cymbal换能器几个关键参数对等效压电常数de33的影响规律。     

圆管 线圈耦合宽带发射换能器有限元分析

圆管型换能器是水声中常见的一种发射换能器。为拓展工作频带,工程上可通过改进电端,将压电圆管与密绕线圈相串联来激发电路谐振,从而增加带宽,但有限元仿真中压电元件和电磁线圈无法直接耦合在一起。因此,针对圆管 线圈耦合换能器的仿真分析难度较大,该文提出了一种压电 电磁混合有限元仿真方法,通过在压电模型中增加电路接口,利用电磁仿真提取线圈的电感和电阻值,并赋予电路接口中相应元件,使压电元件和电磁线圈耦合在一起,进而实现整体性能仿真分析。仿真与实测结果显示二者物理规律相吻合,验证了所提出仿真方法的有效性。     

夹心式纵弯复合模式压电陶瓷超声换能器的研究

对夹心式纵弯复合压电陶瓷超声换能器进行了理论及实验研究，该换能器由金属细棒及纵向极化的压电陶瓷圆环组成。得出了换能器中纵向振动和弯曲振动的共振频率方程。通过修正金属细棒的长度和横截面积，实现了换能器中纵向振动与弯曲振动的同频共振。实验结果表明，换能器的测试频率与计算频率基本符合，而且换能器的纵向频率和弯曲振动频率也吻合。     

Cymbal换能器的有限元动力学分析

用有限元法和ANSYS5．7软件模拟、分析了Cymbal换能器的动力学特性。在模态分析的基础上进行了动力学分析，计算了Cymbal换能器前3阶振动模态的位移分布曲线，速度分布曲线和加速度分布曲线。研究了Cymbal换能器的不同空腔高度与它的谐振频率、位移、加速度和速度分布曲线之间的关系。研制了Cymbal换能器样品。ANSYS5．7软件的Cymbal换能器动力学分析结果与用POLYTEC PSV300-F Scanmng Laser Vibro-meter型激光扫描仪对Cymbal换能器样品的实测值相近。     

MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法

针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压电材料(PZT)层、下电极和支撑层组成的多层膜结构,并通过其弯曲振动模式实现超声波的发射和接收。制备样品的测试结果表明,采用该方法制作MEMS压电超声换能器阵列,具有阵元间距小、工艺流程可靠、成品率高、一致性好、工作频率(2.45MHz)与设计值(2.5MHz)的吻合度高等优点,适用于医学成像等高频超声成像系统。     

球面状1-3型压电复合陶瓷材料研究

该文设计并制作了球面状1-3型压电复合陶瓷材料及对其压电特性、声学特性与制作工艺进行了分析和研究,给出了相关参数的计算表达式并对其性能参数进行了测试。仿真分析了球面状1-3型压电复合材料换能器的阻抗特性和发射响应特性。结果表明,球面状1-3型压电复合陶瓷材料具有在工作频带内模态单一,高频工作时宽波束等优点,可广泛应用于水声探测与成像发射换能器及其阵列的研制。     

基于ANSYS的万向压电换能器仿真分析

针对环境振动源振动方向的多方向性特点,提出了一种万向压电换能器,其可实现对不同方向振动的敏感。基于ANSYS软件建立了万向压电换能器的有限元仿真模型并进行了仿真分析。通过对万向压电换能器的发电性能仿真发现,换能器输出电压随着压电片的厚度和长度的增加,都存在一个最大输出电压值;随着弹性基片长度的增加,换能器的输出电压单调递增。通过对万向压电换能器的多方向发电仿真发现,在x、y、z方向上施外力,该换能器的输出电压分别为17.9V、15.5V、7.2V。     

多普勒计程仪用换能器匹配技术的研究

介绍了多普勒计程仪中使用的压电陶瓷换能器和发射组件之间匹配的重要性,分析了压电陶瓷换能器的电学模型,研究了压电陶瓷换能器的电学匹配方式,给出了多普勒计程仪中发射器与换能器匹配的电路图,并给出了调谐元件所需值的计算公式.通过多次调试匹配后的换能器可工作在最佳工作状态,提高了激励功放的工作效率.     

(Zn_(1/3)Nb_(2/3))~(4+)取代的BNT系无铅压电陶瓷性能

采用两步合成工艺,制备了新型Bi1/2Na1/2Ti1–x(Zn1/3Nb2/3)xO3(简称BNTZN—100x)系无铅压电陶瓷。研究了B位复合离子(Zn1/3Nb2/3)4+取代量对BNT陶瓷介电及压电性能的影响。结果表明:当0.005≤x≤0.020时,该体系陶瓷具有三方、四方共存的准同型相界(MPB)结构。在MPB附近,具有较佳的压电性能:当x为0.020时,d33为97pC/N,kt为0.47。εr-t曲线显示该体系材料具有明显的弥散相变特征。具有高kt值,低kp值;kt/kp较大,具有较大的各向异性,是一种适合高频下使用的优良超声换能材料。     

压电陶瓷传感器灵敏度的研究

由于具有压电效应，压电陶瓷能直接将非电量转变为电量，同时它的压电常数可通过调整配方组成或改变陶瓷片的组合方式而得到大幅度提高，从而可有效地提高它的灵敏度，因此，以压电陶瓷作敏感元的传感器越来越受到人们的重视。简单介绍了压电传感器的基本原理及构成，分别从静态和动态两方面，详细讨论了影响压电传感器灵敏度的因素，在此基础上得出了提高灵敏度的有效方法。     

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。