一种压电单晶矢量水听器的性能建模与分析

针对加速度型矢量水听器在低频段灵敏度偏低问题,根据铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)压电单晶的性能特点,设计了一种双悬臂梁结构压电单晶矢量水听器。建立了有限元模型,对矢量水听器的振动模态和接收性能进行了仿真计算,重点分析了几个主要材料和尺寸参数对水听器自由场灵敏度的影响。理论计算表明,采用压电单晶PZN-PT的矢量水听器经优化后其灵敏度可达-190 dB@250 Hz,与压电陶瓷PZT-5A的水听器相比,灵敏度提升了15 dB以上。     

0-3型压电复合材料圆柱形水听器

使用0-3型PZT/P(VDF-TFE)压电复合材料研制出一种圆柱形水听器,对水听器的结构、材料以及灵敏度进行了理论分析,测量了水听器样品灵敏度随频率的变化曲线。研究结果表明,利用0-3型PZT/P(VDF-TFE)压电复合材料可制作出灵敏度高达-202.3 dB ref.1V/μPa的水听器,静态电容量较大,制作工艺简单,实际测量值和理论计算值很相近。     

空气背衬压电圆管和压电球壳耐压性能研究

为了解决大深度水听器的耐压问题,对空气背衬压电圆管和压电球壳换能器的强度与稳定性失效进行了理论计算,并使用有限元仿真软件对其进行结构静力仿真和特征值屈曲仿真。计算和仿真结果表明,空气背衬压电圆管和压电球壳自身具有相当的耐压性能,可以用于制作耐压3 km以上的大深度水听器。随后制作了1个直径?30 mm、厚3 mm的压电球壳水听器,并通过了30 MPa耐压测试。最后采用有限元仿真法研究了高静水压对压电圆管和压电球壳换能器灵敏度的影响。仿真结果显示,高静水压会导致压电圆管和压电球壳换能器灵敏度损失,且静水压越高,灵敏度损失越快。     

MEMS压电式矢量水听器仿真与结构优化

针对微机电系统(MEMS)矢量水听器灵敏度低的问题,该文主要采用有限元频域分析法对一种新型结构的MEMS压电式矢量水听器进行了仿真与结构优化。对于一种新型具有U形槽悬臂梁结构的加速度灵敏度随压电层厚度或频率的变化进行了研究,优化了结构参数,提高了灵敏度。结果表明,当硅梁厚为16 μm,压电层厚为硅梁的51%时,可使结构的加速度灵敏度达最大。与单臂悬臂梁结构相比,双U形槽结构的加速度灵敏度及相应的矢量水听器灵敏度提高了11 dB。     

一种甚低频PVDF压电内贴复合圆管水听器的研究＊

一种新型PVDF压电内贴复合圆管水听器巳研制成功。它具有耐高静水压、灵敏度高及加速度响应低等优点,宜在水下拖曳线阵中使用。文中提出的理论公式与实验数据相符。     

添钙改性钛酸铅的压电性质及其在水下换能器中的应用

利用声学的倒易技术,在0—70MPa的压力范围内测定了添钙改性钛酸铅陶瓷随压力而变的介电特性和压电特性。这种材料的横向压电常数(d_(31),g_(31))非常小,由此得到的等静压压电常数g_h(g_(33)+2g_(31))和d_h(=d_(33)+2d_(31))值较高,因此,该材料比锆钛酸铅(PZT)具有更高的灵敏度。这种陶瓷的谐振特性测量结果表明,它适合于高频水下换能器使用。设计和制作了一些原型换能器,并在1—100kHz和200kHz—2MHz的频率范围内测量了自由场电压灵敏度。测量结果还与现有的高频水听器标准得到的结果进行了比较。由于这种材料是一种音量扩展器,因而对于电声换能器是非常有用的。     

基于双迭片结构的三维声压梯度矢量水听器

矢量水听器可以测量声场中水质点运动的矢量信息,其中由双声压水听器构成的声压梯度矢量水听器,结构简单,适用于低频探测.通过对铍铜合金与压电陶瓷圆片构成的振子进行模态分析,制作了6只一致性好的双迭片型声压水听器作为声压梯度矢量水听器振子.将基于双迭片与压电陶瓷环结构制作的声压梯度矢量水听器进行灵敏度和指向性校准.结果表明,...     

非铁电压电玻璃陶瓷水听器分析

Ba2-χSrχTiSi2O8非铁电极性微晶压电玻璃陶瓷具有压电特性，是微晶在温度梯度作用下自发取向生长的结果。用XRD和SEM对其取向生长进行了分析。BSTS玻璃陶瓷，使用温度高，不易老化，抗磁电干扰，具有较大的静水压压电优值常数；其圆片、圆柱和球壳等水听器的灵敏度在-190～-210dB，工作频率范围在0．02～50kHz，灵敏度的温度和压力波动小于士1dB，适合中低频下应用。     

ZnO掺杂对PSN-PZT陶瓷烧结温度及压电性能的影响(英文)

为了降低PZT压电陶瓷的烧结温度,研究了ZnO掺杂对Ba、Fe改性的PSN-PZT陶瓷的烧结温度和压电特性的影响。通过XRD和SEM测试手段,分析了微观结构和材料性能的关系。XRD结果显示所有样品均呈现四方钙钛矿结构。在w(ZnO)<0.1%时陶瓷压电性能随ZnO的增加而提高;当w(ZnO)=0.1%时,陶瓷样品同样展现出了优良的压电性能。这些结果证明了适量的ZnO掺杂可以降低陶瓷的烧结温度并提高压电性能。     

环境温度变化压电智能骨料信号稳定性试验研究

研究了压电智能骨料在环境温度变化时的信号稳定性问题,并明确其变化规律及分析原因,为基于压电智能骨料的混凝土结构健康监测奠定基础。将预先埋设压电智能骨料的小尺寸素混凝土梁置入恒温试验箱中,改变箱内温度并记录不同温度下的压电智能骨料信号能量值,利用试验数据拟合出信号能量值与温度之间的关系。试验结果表明,压电智能骨料信号幅值受温度影响变化明显且表现出明显的非线性变化规律及符合压电材料机电耦合系数随温度变化的规律,其原因是由于压电陶瓷材料本身弹性常数随温度变化,并在宏观上体现为机电耦合系数的变化。     

Bi,Zn掺杂的PNN-PZ-PT系压电陶瓷电畴结构的TEM研究

在A(B'B″)O-3-PZ-PT三元系中,Pb(Ni-{1/3}Nb-{2/3})O-3(PNN)-PZ-PT系压电陶瓷具有稳定的温度特性、优良的压电性能和瞬态电压响应特性,能够综合满足压电陶瓷微位移执行器的性能要求,是一种很有潜力的压电材料[1].人们对它的介电、压电、弹性等性能及掺杂改性规律进行了深入的研究[2-3].结果表明Bi和Zn的掺杂可提高PNN-PZ-PT系压电陶瓷的压电性能及温度稳定性;在准同型相界(MPB)(四方相与菱方相的相界)附近,压电活性最高.由于压电性能和电畴结构密切相关,为进一步改善材料的压电性能,很有必要了解压电陶瓷的电畴结构特征.本文以Bi,Zn掺杂的PNN-PZ-PT系压电陶瓷作为研究对象,利用透射电镜(TEM)观测了不同相结构的铁电畴,探讨电畴结构特征随相结构的变化规律.     

0-3型压电复合材料切向极化圆柱形水听器

利用0—3型PZT/P(VDF-TFE)压电复合材料设计制作了切向极化圆柱形水听器,并对水听器的灵敏度进行了理论分析,通过对样机的测试,灵敏度与理论计算值接近。理论研究和实验结果表明,使用0—3型压电复合材料可以研制出高灵敏度[–190.2dB(ref.1V/μPa)],的切向极化圆柱形水听器,而且制作工艺简单。     

BST红外探测器阵列像元信号检测电路设计(英文)

针对铁电材料BST的电容在直流偏场下电性能随温度变化,设计了一种用来检测微小差分电容的电路。采用性能、形状较为一致的BST铁电陶瓷单元电容器配对结构,以电脉冲的方式读取不同温度下材料的充放电电荷数,从而探测辐射到铁电材料上的红外信息。实验结果与理论分析较为吻合,中心频率10Hz、带宽2Hz、放大倍数9000倍。这种BST红外探测器阵列像元信号检测电路具有抗寄生电容干扰强、灵敏度高、容易实现、成本低等优点。改进该探测电路,有望开发出结构简单、性能优良的新一代红外探测器。     

直流驱动电压下的压电陶瓷特性研究

采用了基于迈克尔逊干涉仪平台的光干涉法,测量了压电陶瓷在直流驱动电压下的非线性迟滞特性曲线,提出了描述非线性迟滞程度的两种形式,进而分析非线性迟滞程度在不同起点电压、伸长位移量下的变化趋势。通过加循环电压测量了压电陶瓷的滞回曲线,分析了影响压电陶瓷线性和非线性因素的变化,且给出了压电陶瓷灵敏度的变化曲线。     

2-2型多基元压电复合陶瓷圆管研究

该文分析并制作了2-2型压电复合陶瓷圆管,陶瓷圆管由180条等分陶瓷基元组成,基元间通过复合材料进行连接。陶瓷圆管采用轴向精密切割工艺,该圆管具有几何尺寸大,基元多,轴向与径向振动相互干扰小,切割工艺精密等特点。研究表明,2-2型压电复合陶瓷圆管与纯压电陶瓷圆管相比,具有在工作频带内模态单一,寄生响应得到了有效抑制等优点,可广泛应用于多波束测深发射阵列的研制。     

一种基于共振腔的新型水听器探究

提出了一种基于共振空气腔的高灵敏、低成本水听器。该水听器为密封的中空球形腔体,内部放置麦克风来感知从水耦合进来的声音。通过有限元仿真预测了水听器的频率响应,并证实频响曲线的特征峰依赖于空气腔共振模态、与球壳共振无关,因此,该水听器的频响特性只取决于内部空气腔尺寸。实验结果表明,该水听器的频率响应与仿真结果符合,与传统压电水听器相比其灵敏度有所提高,在共振频率处的接收灵敏度比传统压电水听器高10倍。     

低加速度灵敏度的分布反馈式光纤激光水听器研究

针对分布反馈式(DFB)光纤激光水听器的加速度响应影响声压信号探测的问题,研制了一种聚氨酯端面增敏结构的DFB光纤激光水听器。建立了该结构水听器的加速度灵敏度理论模型,理论分析了套筒结构与水听器的加速度灵敏度的关系,仿真分析了水听器两端聚氨酯的弹性模量、泊松比以及高度的差异与其加速度灵敏度的关系,实现了对水听器各结构以及材料参数的优化,并制作了水听器原型样品与拖曳线列样阵,分别开展了加速度灵敏度测试和湖上动态拖曳实验研究。实验结果表明,该结构水听器在20~2000Hz频率范围内的加速度灵敏度在各频点均小于1.2dB,与理论分析结果较为吻合,在动态拖曳过程中的变速运动阶段也能对目标形成较高信噪比的稳定波束指向。水听器的抗加速度性能得到了有效预测以及实验验证。     

Sagnac干涉式光纤水听器传感特性理论研究

从理论上分析了Sagnac光纤水听器传感特性与信号频率、探头传感光纤长度、延时光纤长度之间的关系.分析结果表明,Sagnac光纤水听器对于相同的信号频率,其声压相位灵敏度变化周期仅与探头在Sagnac环中位置有关,延时光纤长度增加,声压相位灵敏度周期随之变短.水听器声压相位灵敏度的幅值仅与传感光纤长度有关,传感光纤长度增加,水听器声压相位灵敏度随之提高.仿真计算验证了理论分析结果,对Sagnac光纤水听器的设计和应用有一定的指导意义.     

混凝土中压电陶瓷在变载荷作用下的特性研究

提出了一种将压电陶瓷埋入混凝土中进行机械应力测量的方法。为此，研究了埋入混凝土试件中的压电陶瓷（PZT-8）在混凝土试件受到外部变载荷作用的情况下，压电陶瓷特性参数随混凝土内应力的变化。由压电方程建立机电等效电路模型时，压电陶瓷的各物理参数都采用了复数形式。推导了引入复参数后的压电等效电路以及电路中的等效电参数同复参数的关系。使用网络分析仪测出了各等效电路参数在应力作用下的变化。实验结果表明，压电等效电路中的各等效电参数同应力间有着明显的线性关系，这种线性关系在加载和卸载阶段略微不同，呈现出一种迟滞特性。应力同电参数之间的线性关系为提出的通过埋入混凝土中的压电陶瓷测量混凝土中内应力的新的测量方法提供了理论和实验基础。     

MEMS压电指向性传声器仿真与性能优化

为提高微机电系统(MEMS)压电指向性传声器的声压灵敏度,该文采用有限元法对一种MEMS压电指向性传声器进行了仿真与性能优化。对于该压电指向性传声器结构的声压灵敏度随压电层材料种类、厚度及长度的变化进行了研究,优化了结构参数,提高了器件的灵敏度及信噪比。结果表明,当硅梁厚为10 μm,压电层厚为6.3 μm时,器件灵敏度达到最大,较先前结构提高了约14 dB。