强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究
冲击载荷作用下PZT-5压电陶瓷的力电特性
冲击载荷作用下PZT-5压电陶瓷的力电特性雷霆; 陈刚; 何颖波; 李尚昆【期刊名称】《《高压物理学报》》【年(卷),期】2019(033)005【总页数】7页(P129-135)【关键词】压电陶瓷; 分离式霍普金森压杆; 损伤程度; 率相关性【作者】雷霆; 陈刚; 何颖波; 李尚昆【作者单位】中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳 621999; 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳 621999【正文语种】中文【中图分类】O347.4压电陶瓷具有响应迅速、灵敏度高、制备技术成熟、易于加工成型等特点。
基于压电陶瓷特性制成的压电冲击传感器具有量程大、工作频带宽、体积小、重量轻、安装方便、性能稳定、适用于各种恶劣环境等特点[1]，广泛应用于汽车、飞机、国防等领域。
针对压电陶瓷的冲击响应，学者们开展了很多研究工作。
在电学响应方面：张智丹等[2]利用分离式霍普金森压杆（SHPB）研究了PZT-5压电陶瓷在不同冲击载荷作用下的输出线性度、响应时间和灵敏度；Hu等[3]研究了冲击压电元件的电能输出对冲击条件的依赖性，基于压电本构方程和Hertz冲击理论，对实验现象进行了理论解释和分析；Chure等[4]研究了冲击作用下压电陶瓷产生电能与冲击机械能的关系，结果表明，压电陶瓷体的开路输出电压和产生的电能随着机械能的增加而增加。
在理论和仿真方面：龚双[5]研究了压电层合结构的瞬态响应和波动特性，提出了一种适用于压电层合结构瞬态问题分析的半解析压电层单元模型；Shen等[6]基于热弹性模拟方法和非线性接触有限元方法，提出了一种完整的瞬态模拟方法，可以分析压电陶瓷的机电耦合、接触效应和波传播规律。
一些学者也研究了压电陶瓷在冲击加载条件下的微观变化，如钱霖等[7]利用SHPB结合谐振频率、电滞回线、X射线衍射3种方法，对比分析了PZT-5压电陶瓷在冲击载荷作用前后电畴的变化。
压电陶瓷在冲击加载条件下的响应具有明显的非线性和率效应[8–9]，目前有关冲击加载条件下PZT-5压电陶瓷的力学和电学性能研究的文献较少。
强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究
摘 要 ：为 了揭 示 冲击压 力 对 ＰＺＴ．５Ｈ 压 电陶瓷 电输 出特性 的影 响 ，利用 自行建 立 的聚偏 氟 乙烯 冲击 压力 测试 系统和压 电陶瓷 电输 出性 能测试 系统 ，以一 级轻 气炮作 为 加载 手段 ，开展 了柱 状铝合 金 弹 丸分 别 以 １９５ ｍ／ｓ、４８７ ｍ／ｓ、５３２ ｍ／ｓ和 ６１３ ｍ／ｓ的速 度 垂直 撞 击复合 靶板 （钢 片一压 电陶瓷一有 机玻 璃 ）的 实验 。利用 有 限元分 析软 件 ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ进 行 弹靶碰 撞 的有 限元 分析 ，分析 了不 同 速度 下 ＰＺＴ．５Ｈ 的冲 击压力 时程 。根 据 实验 系统 建 立 了弹靶 接 触 时应 力 波传 播 的简 化 模 型 ，并 通 过模 型 计算 出复合 结 构 中 ＰＺＴ一５Ｈ 压 电陶 瓷 承 受 的 冲 击 压 力 峰值 。 运 用 实 验 得 到 的冲 击 压 力 时 程 、压 电陶瓷 输 出 电压 时程 和储 能 电容充 电电压 时程 ，分析 了不 同峰 值压 力脉 冲作 用 下 ＰＺＴ一５Ｈ压 电陶瓷 电输 出特 性 的变化 规律 。研 究结果 表 明：冲 击压 力 峰值 的计 算结果 与仿 真 结果 、实验 测量 结 果趋 势 吻合 ；冲 击压力 峰值在 ２００～７００ ＭＰａ范 围内时 ，ＰＺＴ一５Ｈ压 电陶瓷 输 出电压 峰值 随 着冲 击 应 力峰 值 的增加 而增 大 ，且近 似呈 线 性关 系 ；在 高速撞 击 ＰＺＴ－５Ｈ 压 电陶瓷 过程 中动 能 与 电能 的能 量 转化 效率 较低 ，当储 能 电容量 与 ＰＺＴ－５Ｈ压 电陶瓷 电容 量 比值 为 ５．９：１时 ，压 电 陶瓷 的 能量 转 化 率 为 １．１％ ．
压电陶瓷的力学特性与应用研究
压电陶瓷的力学特性与应用研究压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应，并且能够将机械能转化为电能和电能转化为机械能。
它因为其独特的力学特性和广泛的应用领域而备受研究者的关注。
本文将对压电陶瓷的力学特性和应用进行探讨。
首先，压电陶瓷的力学特性是其研究的关键。
压电陶瓷可以通过施加力或应力来产生电荷分离。
这种电荷分离的效应称为压电效应。
压电陶瓷的力学特性不仅涉及到宏观的力学性能，还包括微观结构与力学性能之间的关系。
研究人员通常通过实验测量和数值模拟等方法来研究压电陶瓷的力学特性。
其次，压电陶瓷的力学特性对其应用具有重要的影响。
压电陶瓷的力学性能决定了其在传感器、换能器、驱动器等领域的应用效果。
例如，在传感器领域，压电陶瓷可以通过压力的变化来产生相应的电信号，从而实现对压力的测量。
在换能器领域，压电陶瓷可以将电能和机械能相互转换，实现声波的发射与接收。
在驱动器领域，压电陶瓷可以通过压电效应来实现微调等功能。
在实际应用中，压电陶瓷的力学特性需要根据具体的场景进行设计和优化。
例如，在传感器设计中，需要考虑到压力范围、灵敏度等因素，以保证传感器的准确性和可靠性。
在换能器设计中，需要考虑到频率响应、转换效率等因素，以保证换能器的性能和稳定性。
在驱动器设计中，需要考虑到输出力量、工作频率等因素，以保证驱动器的效率和可控性。
此外，压电陶瓷的力学特性还可以通过添加掺杂物和改变微结构来进行调控。
例如，通过引入一些掺杂物可以改变压电陶瓷的晶体结构和晶体形貌，从而改变其力学性能。
同时，通过改变压电陶瓷的烧结温度和烧结时间等参数，也可以对其力学性能进行调节。
总结起来，压电陶瓷的力学特性是其应用研究的基础。
研究压电陶瓷的力学特性不仅可以揭示其内在机理，还可以为其应用领域提供理论指导和技术支持。
随着科技的不断进步，压电陶瓷的力学特性和应用研究也将不断深入发展。
相信在不久的将来，压电陶瓷将会在更广泛的领域得到应用，为人们的生活带来更多的便利和创新。
完整版压电陶瓷片的原理及特性
完整版压电陶瓷片的原理及特性压电陶瓷是一种可压电材料，当施加外力时会产生电荷累积，从而产生电压。
压电陶瓷的原理是基于压电效应，即当施加外力时，材料内部的正负电荷会重新排列，形成电荷不平衡。
这种电荷不平衡会导致材料产生电位差，即产生电压。
压电陶瓷片由于具有良好的压电性能，广泛应用于传感器、超声换能器、无线电设备、换能器、纳米位移器、振动器等领域。
它的特点和特性如下：1.高压电系数：压电陶瓷片具有较高的压电系数，能够将机械能转化为电能，并且具有较高的能量转化效率。
这使得压电陶瓷片在能量采集、传感和控制领域应用广泛。
2.宽温度范围：压电陶瓷片的工作温度范围通常较宽，可以在极端的高温或低温环境下正常工作。
这使得它在航天、航空以及极地等恶劣环境中的应用具有独特的优势。
3.频率响应范围广：压电陶瓷片能够在较宽的频率范围内工作，通常从几千赫兹到几百兆赫兹。
因此，在超声波成像、荧光光谱仪和无线电通信等领域中具有重要的应用。
4.稳定性好：压电陶瓷片的性能稳定，具有优异的机械和电学性能。
它不易受到外界环境的影响，具有较长的使用寿命。
5.易于加工与制造：压电陶瓷片可以通过多种加工方法加工成不同形状和尺寸，如切割、打孔、磨削等。
这使得它在不同应用场合下可以满足不同形状和尺寸的需求。
6.低功率消耗：压电陶瓷片的功率消耗较低，适合用于需要低功耗的场合，如无线传感、医疗设备等。
7.较高的精度和稳定性：由于压电陶瓷片的工作原理和特性，它可以实现较高的精度和稳定性。
可以采集到更加准确和稳定的电信号或实现更加精确的控制。
总而言之，压电陶瓷片具有高压电系数、宽温度范围、频率响应范围广、稳定性好、易于加工与制造、低功率消耗和较高的精度和稳定性等特点和特性。
这使得它在诸多领域中有着广泛的应用前景。
改性PZT955铁电陶瓷的制备及力电性能增强研究的开题报告
改性PZT955铁电陶瓷的制备及力电性能增强研究的开题报告一、选题背景铁电陶瓷是一种重要的功能材料，其具有优异的电力性能，可广泛应用于声波、光电、传感及控制等领域。
PZT铁电陶瓷是目前应用最广泛的铁电材料之一，其具有优异的储能、传感、电压控制等性能，广泛应用于微电子机械系统、超音波、高频振荡电路等领域。
传统PZT铁电陶瓷的制备工艺主要采用固相反应或水热法等方法，但其制备成本高、制备周期长、力电性能表现不尽人意等问题需要得到解决。
因此，如何快速且有效地改性PZT铁电陶瓷，以进一步提升其力电性能，成为当前研究的热点。
二、研究目的与意义本研究旨在探究制备过程中添加化学添加剂对PZT铁电陶瓷力电性能的影响，寻找一种新的快速、有效、低成本的改性方法，以进一步提升其力电性能，满足高端领域对材料性能的需求。
研究成果将有助于优化PZT铁电陶瓷制备工艺，提高材料性能，扩大其应用领域，具有重要的理论与实践意义。
三、研究内容及方法本研究将在传统固相反应的基础上，添加不同的化学添加剂进行改性。
通过烧结温度、烧结时间、添加添加剂质量等条件的调整，对材料的力电性能进行测试与分析，寻找最佳的添加剂种类、添加量、制备工艺等参数，以达到最优化的改性效果。
材料性能测试方面：采用万能材料测试机、示波器、信号源等测试设备对材料的压电系数、介电常数、电容损耗等关键参数进行测试与分析。
四、预期成果1.实现PZT铁电陶瓷的改性制备，快速且有效地提升其力电性能；2.寻找最佳的添加剂种类、添加量、制备工艺等参数，以达到最优化的改性效果；3.系统地分析改性后的PZT铁电陶瓷的力电性能，并对其储电、传感、电压控制等应用领域进行探讨；4.在铁电陶瓷相关领域发表相关学术论文，掌握相关知识和技能，接受相关专业培训。
五、研究难点1.如何选择适宜的化学添加剂，并确定最佳的添加量和烧结工艺；2.如何准确地测试和分析PZT铁电陶瓷的力电性能，以评估其改性效果；3.如何针对不同的应用领域优化改性PZT铁电陶瓷的力电性能。
不同加载压力下PZT-95／5铁电陶瓷放电特性研究
刘 雨 生 ， 高 是 ， 福平 ， 刘 张 贺红 亮
（ 中物 院 流体 物 理 研 究 所 冲击 波 物 理 与爆 轰 物理 实 验 室 ， 川 绵 阳 ６ １０ ） 四 ２ ９ ０
摘
要 ： 用 轻 气 炮 作 为 加 载 手段 ， Ｐ Ｔ ９／ 利 对 Ｚ 一５ ５铁 电 陶 瓷 进 行 冲 击 波 压 缩 ， 实 现 陶 瓷 受 激 相 变 放 电 。 在 涵 以
ｂｅ ｎ ｓ ｃ ｏｍ ｐ ｅ ｓ ｄ ｔ ｎ ｃ ｅ ｈｏ ｋ ｃ ｒ ｓ ｅ ｏ ｉ ｄｕ ｅａ ｐｈａ ｅ ｔａ ｆ ｍ ａ ｉ ｎ ｆ ｌｃ ｒｃｄｅ ｏｌ ． Ｕ ｎｄ ｈｅ ｐｒ ｓ ｕｒ ｓ ｒ ｎ ｎｇ ｆｏｍ ｈｅ ｓ ｒ ｎｓｏｒ ｔｏ ｏｒｅｅ ｔｉ ｐ ｉ ｎｇ ｅｒｔ ｅ ｓ ｅ ａ ｇｉ ｒ ｔ
盖 了 Ｐ Ｔ ９ ／ 瓷 的 相 变 压力 点及 雨贡 纽 弹 性 极 限压 力 点 的加 载 压 力 区 间 内 ， 其 放 电特 性 进 行 了 实 验 研 究 。 Ｚ －５５陶 对 获 得 了不 同加 载 压 力 下 的 Ｐ Ｔ ９ ／ 铁 电 陶瓷 耐 电 击 穿 强 度 及 剩 余 极 化 强 度 等 特 征 参 数 ， 分 析 和 讨 论 了 Ｐ Ｔ Ｚ 一５ ５ 并 Ｚ＿ ９ ／ 在 不 同加 载 压 力 作 用 下 的放 电特 性 。 ５５ 关 键 词 ： Ｚ －５ ５ 电陶 瓷 ； Ｐ Ｔ９／ 铁 冲击 波 压 缩 ； 电击 穿 强 度 ； 余 极 化 强 度 耐 剩 中 图分 类 号 ： ＴＭ２ １Ｏ５ １ ２ ； ２ 文献标识码 ： Ａ
人工极 化 的 Ｐ Ｔ ９ ／ Ｚ 一５ ５铁 电陶 瓷是一 种表面 电 荷存贮 器 ， 外加 压力作 用下 可以去极 化ｌ ， 剩余 在 １其 ］ 极化 消失 ， 束缚 的表面 电荷被释 放 ， 外 电路形成 电 在 能输 出 。基 于 此 原 理 ， 们 陆 续 开 展 了 Ｐ Ｔ一５ ５ 人 Ｚ ９ ／ 铁 电陶瓷在 冲击 波作用下 相变 放 电的相关 研究 。若 在外 电路 中连接适 当 的负 载 ， 在几 微 秒 内 可得 到 峰 值功率 为兆 瓦 级 的 脉 冲 能量 Ｉ ， 而 ， Ｚ －５ ５铁 ２因 ］ Ｐ Ｔ ９／ 电陶瓷在单 次脉 冲换 能 器 中有 着 广 泛 的应 用 前 景 ， 在武 器系统 和高 新技 术 研 究 中 的应 用也 越 来 越 广 。 国外 关 于 Ｐ Ｔ ９ ／ Ｚ 一５ ５铁 电 陶 瓷放 电性 能 方 面 ， 献 文 ［ —］ ３８ 对其 开展 了深入 细致 的研究 工 作 ， 主要 涉及 加 载 波形 、 载压力 、 载电 阻及 陶瓷 密度参 数等 与 陶 加 负 瓷放 电 电流 、 电压 性 能 的相 互 关 系 。 国 内 ， 献 ［ — 文 ９ １］ ２ 等曾对 Ｐ Ｔ一５ ５铁 电 陶 瓷 的放 电特 性 做 过 一 Ｚ ９／ 些 实验研究 ， 但仅 限于 冲击 波 加 载压 力 在 相 变压 力
PZT压电陶瓷的强场效应研究
收稿日期:2007207224 基金项目:新世纪优秀人才支持计划基金资助项目(NCET 20420703);湖北省自然科学基金资助项目(2005ABA298) 作者简介:陈亚波(19652),男,湖南衡阳人,讲师,硕士,主要从事信息材料的研究。
文章编号:100422474(2009)0120057203PZT 压电陶瓷的强场效应研究陈亚波1,张洋洋2,刘 岚2,易 飞2,刘耀平2(1.华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074;2.华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074) 摘 要:实验选取一种性能较好的二元系锆钛酸铅(PZT )压电陶瓷配方,通过测试PZT 陶瓷样品在强场下的介电性能表明,随着外加电场强度的增大,样品介温曲线的斜率变小;材料的介电损耗随着外加电场的增大而增大,当外加电场从0升至400V/mm 时,介电损耗从0.16%增至0.38%,损耗仍在较小范围内,可见本材料较适合作为大功率压电材料在强场下应用。
对其强场效应及损耗机理进行了初步探讨。
关键词:锆钛酸铅(PZT );低损耗;强场效应;松弛极化中图分类号:TM282 文献标识码:AStudy on the High Electrical Field E ffect of PZT Piezoelectric CeramicCHEN Ya 2bo 1,ZHANG Yang 2yang 2,L IU Lan 2,YI Fei 2,L IU Yao 2ping 2(1.College of Electrical and Electronic Engineering ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China ;2.Dept.of Electronic Science and Technology ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China ) Abstract :A kind of binary system piezoelectric ceramic with good properties was selected to measure its dielec 2tric proprties of the PZT samples at high electrical field.The experimental results showed that with the increace of electrical field ,the slope of dielectric constant 2temperature curve became smaller ,implying that the temperature sta 2bility of dielectric constant became better.The dielectric loss increaseed when the electrical field increased ,and it changed f rom 0.16%to 0.38%as the electrical field changed from 0to 400V/mm.Although dielectric loss became bigger ,it was still a small value.So the material discussed in this paper was suitable for the application of high 2power piezoelectric ceramics at high electrical field.The high electrical field effect and dielectric loss mechanics were preliminarily discussed in this paper.K ey w ords :PZT ;low loss ;high electrical field effect ;relaxation polarization 压电材料是一种重要的电子材料,广泛用于各个工业部门和高科技领域,是重要的功能材料。
基于pzt换能器的时均流激声发动机输出特性研究
基于pzt换能器的时均流激声发动机输出特性研究摘要：本文研究了基于铁氧体-铌酸锂（PZT）换能器时均流激声发动机（TM-LSAE）的输出特性。
首先， TM-LSAE系统模型和控制策略被描述和讨论。
然后，一系列试验结果被报告，表明PZT换能器用于TM-LSAE的优势。
本文研究结果表明，当催化剂温度为600-1200K 时，PZT换能器用于TM-LSAE的输出机率可以提高12.5％，机率增量曲线显示催化剂温度随着输出机率的增加而缓慢增大，在某些温度范围内，输出机率可以随催化剂温度的增加而增加。
此外，基于PZT换能器的TM-LSAE系统具有更高的可靠性和更大的热容量。
关键词：铁氧体-铌酸锂换能器，激声发动机，输出特性，催化剂温度Abstract: This paper studies the output characteristics of the time-averaged flow-stimulated acoustic engine (TM-LSAE) based on the piezoelectric-zirconate-titanate (PZT) transducer. First, the system model and control strategy of the TM-LSAE are described and discussed. Then, a series of experimental results are reported to show the advantages of the PZT transducer for the TM-LSAE. The research results show that the output rate of the TM-LSAE with the PZT transducer can be improved by 12.5% when the catalyst temperature is 600-1200K, and the rate increment curve shows that the catalyst temperature increases slowly with the increase of the outputrate in some temperature ranges, and the output rate can increase with the increase of the catalyst temperature. In addition, the TM-LSAE system based on the PZT transducer has higher reliability and larger thermal capacity.I. Introduction时均流激声发动机(TM-LSAE)是一种新型的激声发动机，是指液体物质以平均流量供给推动器，并通过横向激声发动机的横向振动和热能换热来产生功率的发动机。
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强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究唐恩凌;刘美;许迎亮;李月;王睿智;韩雅菲;王利;相升海;李振波;高国文;林晓初【摘要】为了揭示冲击压力对PZT-5H压电陶瓷电输出特性的影响,利用自行建立的聚偏氟乙烯冲击压力测试系统和压电陶瓷电输出性能测试系统,以一级轻气炮作为加载手段,开展了柱状铝合金弹丸分别以195 m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击复合靶板(钢片-压电陶瓷-有机玻璃)的实验.利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行弹靶碰撞的有限元分析,分析了不同速度下PZT-5H的冲击压力时程.根据实验系统建立了弹靶接触时应力波传播的简化模型,并通过模型计算出复合结构中PZT-5H压电陶瓷承受的冲击压力峰值.运用实验得到的冲击压力时程、压电陶瓷输出电压时程和储能电容充电电压时程,分析了不同峰值压力脉冲作用下PZT-5H压电陶瓷电输出特性的变化规律.研究结果表明:冲击压力峰值的计算结果与仿真结果、实验测量结果趋势吻合;冲击压力峰值在200 ～ 700MPa范围内时,PZT-5H压电陶瓷输出电压峰值随着冲击应力峰值的增加而增大,且近似呈线性关系;在高速撞击PZT-5H压电陶瓷过程中动能与电能的能量转化效率较低,当储能电容量与PZT-5H压电陶瓷电容量比值为5.9∶1时,压电陶瓷的能量转化率为1.1％.%The test systems for impact pressure of polyvinylidene fluoride (PVDF) and electrical output characteristics of piezoelectric ceramics were built to study the influence of impact pressure on the electrical output characteristics of PZT-5H piezoelectric ceramics.The one-stage light gas gun is used as a loading means,and the experiments of which the cylindrical aluminum alloy projectiles vertically impact an composite target plate (steel sheet-piezoelectric ceramic-plexiglass) at the speeds of 195m/s,487 m/s,532 m/s and 613 m/s are conducted.The projectile impact ontarget is analyzed by using ANSYS/LSDYNA.The time histories of shock pressure of PZT-5H at the different speeds are analyzed.A simplified model of stress wave propagation is established based on the experimental system,and the pressure peak of PZT-5H in the composite structure is calculated by the proposed model.The change rules of PZT-5H piezoelectric ceramics under different peak pressure are analyzed from the time histories of shock pressure,output voltage of piezoelectric ceramics,and charging voltage of energy-storing capacitance.The research results show that the calculated impact pressure peaks are consistent with the simulated and experimental results;the output voltage peak of PZT-5H piezoelectric ceramics rises with the increase in impact pressure peak in the range of pressure peak of 200-700 MPa;the conversion efficiencies of kinetic and electric energies are low when PZT-5H piezoelectric ceramics is impacted by high-speed projectile.As the ratio of energy storage capacity to piezoelectric ceramic capacitance is 5.9∶ 1,the energy conversion rate of piezoelectric ceramics is 1.1％ compared to the primary kinetic energy of projectile.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】8页(P983-990)【关键词】PZT-5H压电陶瓷;高速碰撞;冲击压力;电输出特性【作者】唐恩凌;刘美;许迎亮;李月;王睿智;韩雅菲;王利;相升海;李振波;高国文;林晓初【作者单位】沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159【正文语种】中文【中图分类】TJ430.3+50 引言近年来，随着自供能技术的发展，压电材料在医疗、军事、航天等众多领域中得到了广泛应用。
压电材料是一种受到外界压力作用时可瞬间激活的可蓄能压电电源[1-2]。
Altgilbers[3]通过实验证明了当对压电材料施加几兆帕至几十吉帕的压力作用时，可在几微秒内释放电荷并产生高电压，基于此实验研制的爆电换能器在军事、工业、科技等领域得到广泛应用。
2006年，Pinkson等[4]在2.34 m高处释放11.8 kg的落锤，并自由下落撞击压电陶瓷叠堆，实验结果表明，冲击压力达到41 kN时压电陶瓷可得到1.5 kV的瞬时电压。
2010年，Bolyard等[5]通过数值模拟和实验结果，得到了铁电体冲击放电的输出电压与冲击压力的拟合曲线。
2013年，张攀等[6]利用去极化放电模型对不同冲击压力下的铁电陶瓷进行数值模拟，发现与其实验结果基本吻合。
2016年，Seungmoon等[7]利用轻气炮加载弹丸撞击压电陶瓷，研究了压电陶瓷在应力波作用下的电输出特性，实验结果表明，脉冲持续时间比弹性波的作用时间长，且在脉冲形成过程中也存在压电现象。
孙舒等[8]设计了一种冲击式压电发电机并对其性能进行了测试，实验结果表明，压电发电机的瞬时发电功率在0.3 W左右。
王睿智等[9]使用一级轻气炮对压电陶瓷进行实验，发现压电陶瓷在几百兆帕的强冲击波作用下可以产生数千伏高压脉冲。
压电陶瓷在受到冲击载荷的作用时，其两端会产生极性相反的电荷，受到的载荷越强，产生的电荷就越多，进而在回路中形成的电压越高。
本文利用压电陶瓷放电原理，以轻气炮作为加载手段，开展了柱状铝合金弹丸分别以195 m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击压电陶瓷复合靶板(钢片- 压电陶瓷- 有机玻璃)的实验，分析了不同峰值冲击压力作用下PZT-5H压电陶瓷动力响应及电输出性能的变化规律。
1 实验系统设计实验在某一级轻气炮上完成，该一级轻气炮可将直径为15.3 mm的柱状弹丸加速至800 m/s[10-11]。
实验系统由加载系统和测试系统两部分组成，包括一级轻气炮加载系统及激光测速系统、冲击压力测试系统、绝缘系统、电输出测试系统。
图1为实验系统示意图。
图1 实验系统示意图Fig.1 Schematic diagram of experimental system1.1 实验基本参数实验中，采用直径为15.3 mm、长径比为1∶1的柱状铝合金弹丸，分别以195m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击由钢片、PZT-5H压电陶瓷和有机玻璃依次叠放构成的复合靶板。
复合靶板为直径40 mm的圆柱体，其中钢片、PZT-5H压电陶瓷和有机玻璃的厚度分别为2.0 mm、0.4 mm和2.0 mm. 将钢片置于PZT-5H压电陶瓷之前、有机玻璃置于PZT-5H压电陶瓷之后，钢片与PZT-5H压电陶瓷之前用10 μm厚的绝缘纸绝缘，并在PZT-5H压电陶瓷前放置聚偏氟乙烯(PVDF)压力传感器。
PVDF厚度为20 μm，PZT-5H压电陶瓷与PVDF的厚度比为20∶1，满足测试要求。
图2为弹靶实物图与复合靶结构示意图。
图2 弹靶实物与结构示意图Fig.2 Physical maps and structure charts of projectile and target1.2 测试原理1.2.1 冲击压力测试系统冲击压力测试系统由PVDF压力传感器、外部电路和示波器构成。
图3为PVDF电流模式的测试原理示意图。
图3 PVDF电流模式测试系统Fig.3 PVDF test system of current mode实验中将PVDF置于PZT-5H压电陶瓷与钢片之间，与测试电阻Rt并联，输出信号经同轴电缆输入示波器中。
当PVDF受到动态压力作用后产生的电荷量Q(t)经电阻Rt形成电流回路，示波器记录加载在测试电阻两端的电压U(t)，则PVDF在此瞬态过程中释放的总电荷量为(1)相应的瞬时压力为(2)式中：σ(t)为t时刻对应的应力；U(t)为示波器采集到的t时刻采样电阻两端电压；k为动态压电系数，由霍普金森压杆实验标定；A为PVDF的有效承载面积。