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压电陶瓷—金属双迭片弯曲型压电传感器谐振频率研究

吉德三  
【摘要】:压电传感器的工作以压电转换元件的压电效应为基础,实现声能与电能相互转换的器件。压电转换元件具有正逆压电效应,具有体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、固有频率高、灵敏度和信噪比高等优点。在最近的几十年的时间内,压电式传感器的应用获得飞跃的发展。 作为一种常用的传感器,弯曲振动压电陶瓷传感器具有的诸多优点使之在电声、水声、医学及军事等领域获得较多应用。尤其是边缘固定的压电陶瓷-金属双迭片类弯曲振动传感器(Bimorph flexural piezoelectric ceramic transducer),被广泛应用于生产和工程技术测量等实践中。 对于一般的压电陶瓷换能器,常用的分析方法是等效电路法,如梅森(Mason)等效电路法和克里姆霍尔兹(Krimholtz)等效电路法。理论分析和相关实验表明,在忽略辐射阻尼和损耗的前提下,压电陶瓷换能器的谐振频率和压电振子的机械谐振频率非常接近。 本文从压电陶瓷-金属双迭片压电振子的力学特性出发,在忽略辐射阻尼和损耗的条件下,将边缘固定的压电陶瓷-金属双迭片压电振子视为边缘固定的、中间部分为压电陶瓷-金属双迭片的薄圆板,导出在满足薄板小挠度变形和轴对称的条件下压电振子弯曲位移的一般解。由薄板小挠度变形和轴对称的条件下压电振子弯曲位移的一般解求得压电陶瓷-金属双迭片弯曲型压电传感器的谐振频率。 此外,本文对沿周边部分固支部分简支圆板固有模态的半解析计算方法进行分析。这种方法对研究存在约束缺陷的压电陶瓷-金属双迭片弯曲型压电传感器的动态特性有一定的指导作用。


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