2006 压电换能器性能参数与预应力关系的实验研究
压电换能器设计与能量获取特性研究
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增加 压 电片 的 内部平 均应 力 ；但 改变 不 锈 钢层 的厚 度 与压 电层 的厚 度 将会 造成 中性 轴位 置偏 移 ，若 不锈 钢层 的厚度 太薄 ，会 使 中性轴 位 于压 电片 内，进 而导 致压 电片 内部 同时受 到拉 应力 与压 应 力 的分布 ，如
积：ｓ 为 压 电层 在 水平 方 向上 的应 变 ：Ｅ
为 压 电层材 料 的弹性 模量 ：ｄ ３ 为压 电层 的 压 电常数 。 压 电薄膜 的上 下 两表 面分 别沉 积 了金 属 电极 ， 中 间 的Ｐ Ｚ Ｔ 材 料 为 绝 缘 体 ，这 样 就 构成 一 个 电容 器 ，等 效 电容 为Ｃ 当 只考 虑 正压 电效 应 时 ，压 电薄膜 可 以等 效 电流
Ｌ
电层表 面将 产 生 电荷 ，从 而在 上 下两 个 电 源 。 极 之 间产 生 电势 差 ，利用 转 换 电路可 将该 ３ 不锈 钢层和 压 电层厚度 分析 电能输 入 到储 能 元件 中 ，或 直接 作为 微 功 改变 不锈钢 层 和压 电层 的 厚度 ，分 析
环境耘 动
图１压 电悬臂梁的结构示意图
Ｉ 一 皇王研究…………
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一
压 电换 能 器设 计 与 能量 获取 特 性研 究
中北大学仪 器科 学与动态测试教 育部 重点 实验 室 刘杏娟 侯 文 孟 秉林 中国能源建设 集 团山西电力设备 厂 胡 燕
【 摘要 】压 电材料具有机 电能量转换 的特性 ，因此可将振 动能转换 成电能，以达到能源回收再利用的 目的。本论文针对单层压 电悬臂梁在其 自由端放置质量块 的 情况下进行低 频振 动的能量获取进 行特性研究 。依 据低频环境振动 的特 点 ，建立 了以末端固定质量块 的压 电悬臂梁结构作为换 能元件的振动 能量采 集装置的模 型，在对压 电材料的特性、 电流等效电路分析 的基础上 ，讨论 了压 电悬臂梁能量获取特 性随几何 因子 的变化规律。 【 关键词 】压 电陶瓷 ；换能器 ；几何 参数；能量获取特性
预应力螺栓对压电换能器性能参数的影响
Ａ ｂ ｔａｃ ： Ｔｈｅｂｏｌ ｏ ｈｅｐｉｚ — ｌｃ ｒｃ ｔａ ｄ ｅ ｓｂｅ ｎ ｃ ｎｓｄｅ ｅ ． Ｗ ｈｅ ｈｅ ｎ ａｌ ｅ ｓｉ ｈｅ ｐ ｅ ｏ ｅ — ｓｒ ｔ ｔ ｆｔ ｅ ｏ ｅ ｅ ｔ ｉ ｒ ｎｓ ｕｃ ｒｈａ ｅ ｏ ｉ ｒ ｄ ｎ ｔ ｏｄ ａ ｉ ｎ ｔ ｉ ｚ ｅｌｃ ａｒ ｔｉ ｅ ａ ｉ ｉｅ，ｔ ｆｅ ｔ ｈｅ ｐ ｉｉ ，ｔ ｉｍ ｅｅ ｎｄ ｔ ｅ ｒｃ ｃ ｒ ｍ ｃ ｐ ｌ ｈｅｅ ｆ ｃ ｓｏｆｔ ｏｓｔｏｎ ｈｅ ｄａ ｔ ｒａ ｈｅ ｌｎｇｔ ｆｔ ｌ ｈｅ ｒ ｓ ｎａ ｅｆｅ ｅ ｙ，ｔ ｈ ｏ ｈｅｂｏ ｔｏｎ ｔ ｅ ｏ ｎｃ ｒ ｑｕ ｎｃ ｈｅ ａ ｉｒ ｓ ａｎ ｅ ｆｅ ｅ ｙ ａ ｈ ｆｅ ｔｖｅ ｅｅ ｔｏ ｍ ｅ ｈａ ｃ ｌｃ ｎｔ ｅ ｏｎ ｃ ｒ ｑｕ ｎｃ ｎｄ ｔ ｅ ｅ ｆ ｃ ｉ ｌ ｃ ｒ — ｃ ｎｉａ ｏｕｐ ｉｇ ｏｅ ｉｉｎｔａ ｅ ｓ ｕｄｉｄ Ｔｈｅ ｒ ｓ ｔｓ ｗ ｈ ｎ ｌｎ ｃ ｆｃｅ ｒ ｔ ｅ ． ｅ ｕｌ ｈｏ ｗ ｅ ｃ ｎ ｎｇ ｉ ｈ ｅ ｇｔ ｈａ ｇｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｎ ｈ，ｄｉｍ ｅ ｅ ｎｄ ｐ ｉｉ ｆｔ ｏｌ ｔ ｅ ｏ ｎｃ ｒ ｑｕ ｎｃ ｆｔ ｒ ｓ ｃ ｒｃ ｎ ｓａ ａ ａ ｔ ｒａ ｏｓｔｏｎ ｏ ｈｅ ｂ ｔ，ｈｅ ｒ ｓ ｎａ ｅ ｆ ｅ ｅ ｙ ｏ ｈｅ ｔａｎ ｄｕ ｅ ｈａ ｇｅ ｎｄ ｃ ｎ ｒ ａ ｈ ．３ ｋＨ ｚ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｉｅ ｃ ｎｇ ｆｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｅ ｅ ｔ ｏ ｍ ｅ ｈａ ｃ ｌ ｏｕ ｉ ｃ ｆｉｉｎｔｃ ｎ ｂｅ ｕｐ ｔ ５． ． Ｉ ｅｃ １ ， ｎ ｈｅ ｒ ｌ ｔｖ ｈａ ｅ ｏ ｆ ｅ ｔｖ ｌ ｃ ｒ — ｃ ｎｉａ ｃ ｐｌｎｇ ｏｅ ｆｃｅ ａ ｏ ２ ５ ｆ ｔ ｏｌ ｓｄｅ ｉ ｅ ｐｐ ｏｐｒａ ｅ ｙ， ｔ ｒｏｒ ａ ｅ ｏ ｈｅ ｐｉｚ ｅｅ ｔ ｉ ｒ ｎｓ ｕｃ ｒｃ ｎ ｂｅｉ ｐ ｏ ｄ． ｈｅ ｂ ｔｉ ｓｇｎ ｄ ａ ｒ ｉｔ ｌ ｈｅｐｅ ｆ ｍ ｎｃ ｆｔ ｅ ｏ— ｌｃ ｒｃ ｔａ ｄ ｅ ａ ｍ ｒ ｖｅ Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｄｗ ｉｈ ｅ ｏ ｅ ｔｉ ｒ ｎｄｕ ｅ ｂｏｌ； ｎｔ— ｅ ｏｎ ｎｃ ｒ ｑ ｎ ｙ； ｅ ｏ ｎｃ ｒ ｑｕ ｎｃ ｅ ｆ ｃ ｉ ｌｃ ｓ ｐｉｚ ｅｌｃ ｒｃ ｔａ ｃ ｒ； ｔ ａ ｉｒ ｓ ａ ｅ ｆ ｅ ｕｅ ｃ ｒ ｓ ｎａ ｅ ｆｅ ｅ ｙ； ｆｅ ｔｖｅ ｅｅ — ｔ ｏ ｍ ｅ ｈ ｉａ ｏｕｐ ｉ ｏ ｆｉｉｎｔ ｒ ｃ ａｎｃ ｌｃ ｌｎｇ ｃ ｅ ｆｃｅ
纵向压电式换能器模态分析及实验研究
纵向压电式换能器模态分析及实验研究
王应彪;刘传绍;王远;张庆文
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2011(000)003
【摘要】超声换能器是超声加工乃至超声学的核心部件,在研究功率超声换能器基本理论的基础上,进行大功率纵向压电式复合换能器的研制,得出了适应超声加工的大功率纵向压电式换能器的合理结构形式和设计参数,确定了所用压电换能器结构参数及前后盖板振速比,并采用有限元法对换能器进行振动模态分析,确定换能器辐射端面的最佳振动模态及其纵向谐振频率,并通过实验研究加以验证.研究表明,换能器辐射端面振幅在谐振点处最大;当频率一定时,振幅随着功率的增大而增大,当频率离开谐振点频率越远,振幅逐渐减小.
【总页数】3页(P113-115)
【作者】王应彪;刘传绍;王远;张庆文
【作者单位】西南林学院,交通机械与土木工程学院,昆明,650224;河南理工大学,机械与动力工程学院,焦作,454000;西南林学院,交通机械与土木工程学院,昆
明,650224;西南林学院,交通机械与土木工程学院,昆明,650224
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TB552
【相关文献】
1.不同充液高度下液箱的模态分析及实验研究 [J], 刘天峰
2.钢绞线中纵向模态传播特性的实验研究 [J], 刘增华;何存富;王秀彦;吴斌
3.超声波轴承用压电换能器模态分析及实验研究 [J], 常颖;吴博达;程光明;杨志刚;田丰君
4.具有连续纵向激励模态宽带水声换能器研究 [J], 刘望生;俞宏沛;周利生
5.压电换能器机电特性的有限元分析及实验研究 [J], 杨新峰;苑秉成;陈立纲
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压电换能器导纳的研究
压电换能器导纳的研究（实用版）目录1.压电换能器概述2.压电换能器导纳的定义及意义3.压电换能器导纳的测量方法4.压电换能器导纳的应用5.基于导纳的压电换能器性能评价6.结论正文一、压电换能器概述压电换能器是一种将机械振动能转换为电能或电能转换为机械振动能的装置，广泛应用于超声波检测、声波通讯、生物医学、能源转换等领域。
压电换能器的核心元件是压电陶瓷或压电聚合物，它们在受到机械应力时会产生电压，从而实现机械能和电能之间的转换。
二、压电换能器导纳的定义及意义压电换能器导纳是描述压电换能器在不同频率下电能和机械能之间转换效率的参数，它可以反映压电换能器的性能优劣。
导纳越大，表示压电换能器在某一特定频率下的能量转换效率越高。
因此，研究压电换能器导纳对于优化换能器性能具有重要意义。
三、压电换能器导纳的测量方法压电换能器导纳的测量通常采用阻抗分析法。
具体操作步骤如下：1.将压电换能器作为待测元件接入电路，通过测量电路中的电压和电流，得到压电换能器的阻抗；2.对压电换能器施加不同频率的正弦波电压，测量对应频率下的电流，得到压电换能器的导纳；3.将测得的导纳数据进行归一化处理，得到压电换能器在不同频率下的导纳圆图。
四、压电换能器导纳的应用压电换能器导纳的研究可以为实际应用提供有价值的参考信息。
通过分析导纳圆图，可以找到压电换能器在某一特定频率下的最佳工作状态。
此外，导纳还可以用于评价压电换能器的性能，为优化换能器设计提供依据。
五、基于导纳的压电换能器性能评价通过对压电换能器的导纳进行分析，可以对换能器的性能进行评价。
具体方法如下：1.计算压电换能器的平均导纳，以反映其在整个频率范围内的能量转换效率；2.分析导纳圆图中的交点，以确定压电换能器在某一特定频率下的最佳工作状态；3.根据导纳圆图的形状，评估压电换能器的性能优劣。
六、结论压电换能器导纳的研究对于优化换能器性能具有重要意义。
通过测量和分析压电换能器的导纳，可以找到其在不同频率下的最佳工作状态，为实际应用提供有价值的参考信息。
毕业设计--压电换能器设计与能量获取特性研究
江苏科技大学本科毕业设计说明书压电换能器设计与能量获取特性研究学院船舶与海洋工程学院专业热能与动力工程学生姓名雍学国班级学号0640201134指导教师马哲树二零一零年六月第一部分：内容简介在人们生活环境中，存在许多低频率的外界振动，如：车子与船舶行进时的振动，人类行走时产生的晃等，而压电材料具有机电能量转换的特性，因此可将振动能转换成电能，以达到能源回收再利用的目的。
本论文针对单层压电悬臂梁在其自由端放置质量块的情况下进行低频振动的能量获取特性研究。
首先依据低频环境振动的特点，建立了以末端固定质量块的压电悬臂梁结构作为换能元件的振动能量采集装置的模型；然后，在对压电材料的特性、电流等效电路分析的基础上，推导出了能量采集装置谐振频率、输出电压及输出电功率的计算模型公式；进一步，结合现有的台湾成功大学的试验结果，对比了基于本人导出模型给出的理论结果和试验结果，二者相差不大表明本文模型的有效性和准确性；最后，给出了压电悬臂梁能量获取特性随几何尺寸和频率的变化规律。
第二部分：设计思想图1 压电悬臂梁的结构示意图图1给出的模型为压电悬臂梁两层结构，以PZT为压电薄膜材料，以不锈钢为压电悬臂梁型的结构。
通常微加工技术，在绝缘体上不锈钢存底上制备较厚的压电薄膜，不锈钢层作为主要弹性层。
为了降低谐振频率，在自由端固定以质量块，使之在环境振动频率下能够给实现共振，从而满足最大电能输出[15]。
工作时，质量块和压电悬臂梁一起振动，上下两个表面所受到应力相异，即上表面受到压应力，则下表面受到拉应力，反之亦然，因此上下电极所产生的电荷极性也相反。
依据正压电效应，压电层表面将产生电荷，从而在上下两个电极之间产生电势差，利用转换电路可将该电能输入到储能元件中，或直接作为微功耗负载的供电电源[16,17]。
第三部分：计算方法压电悬臂梁的工作原理是:在压电层的上下电极之间施加交变电压，由于逆压电效应，在压电层上将产生相应的变形从而带动微悬臂梁振动。
压电陶瓷换能器
简介
超声技术是一种广泛使用的无损检测技术，它以声学理论为基础，不断应用于电子、通信、医学、生物及物 理领域。在现代检测技术中，利用超声技术研制的换能器以其灵敏度高、精度高等优点正在越来越受到人们的。
检测过程中常用的换能器有:压电式换能器、磁致伸缩换能器、电磁声换能器和激光换能器。最常用的是压电 换能器，它的核心部件就是压电晶片。压电晶片可以在压力的作用下发生形变，从而导致晶片本身发生极化，在 晶片表面出现正负束缚电荷，此效应为压电效应。并且，压电效应具有可逆性，即对晶片施加电压后会发生形变。 在检测过程中，利用超声探头的逆压电效应可以产生超声波，利用压电效应达到接收超声波的目的。
应用
由于超声技术的非接触性等优点，尝试把压电陶瓷超声换能器应用在液体浓度检测系统当中。系统中的芯片 采用的是Spartan 3E系列FPGA。压电陶瓷换能器在其中担当着发射信号和接收信号的重要功能。把换能器产生的 一定频率和幅值的超声信号通过发射电路打入液体内部，经过液体对信号的衰减，从接收换能器端可以接收到带 有液体浓度信息的信号。再通过声衰减法的分析，有效得出液体的近似浓度。系统的软件设计包括主程序，超声 测量程序，脉冲控制程序，脉冲收发程序，ADC采集控制程序以及时钟和报警程序。
压电材料的选择
压电换能器材料的主要性能参数有： (1)压电应变常数 表示当压电晶体受到外界的单位电压时，所产生的应变大小。 (2)压电电压常数 表示当压电晶体上受到外界单位应力时，所产生的电压梯度大小。这两个参数是衡量压电晶体材料发射性能 的重要参数，参数越大，发射性能越好，发射灵敏度越高。 (3)频率常数 压电晶片的固有频率和其厚度乘积是一个常数，称为频率常数N，由此看出晶片厚度与谐振频率成反比，而超 声波的频率主要取决于晶片的厚度和晶片中的声速 。
压电薄球壳换能器瞬态响应的模型理论研究与实验验证
压电薄球壳换能器瞬态响应的模型理论研究与实验验证法林张敏津张琦陈文辉丁鹏飞梁猛牟锦鹏汤少杰张运启摘要：基于傅里叶变换和线性叠加原理，建立了一种压电薄球壳换能器瞬态响应分析模型。
当换能器被多频电驱动信号或声波信号激励时，其瞬态响应可用一系列并联的等效电路构成的传输网络来描述。
对应于电/声信号中不同频率分量的每个等效电路都有各自不同的辐射力阻和辐射质量，每个频率分量都独立地作用于对应等效电路的电端/机械端上，所有等效电路中机械端/电端的累积输出信号就是辐射/测量的声/电信号。
论文在理论上给出了换能器的电一声转换/声一电转换可以存在的三种状态（过阻尼、临界阻尼和振荡模式）的解析表达式，为压电换能器的优化设计提供了一种理论依据。
在实际中，只有振荡模式才具有应用价值。
基于这种理论模型，对换能器的瞬态响应进行了理论计算和实验测量，计算结果与实验测量结果基本一致。
与以往发表的文献中所采用的假设声源模型相比，本文提出的换能器瞬态响应模型更为符合实际情况。
关键词：薄球壳压电换能器;冲击响应;线性叠加;并联等效电路网络;傅里叶变换引言压电材料所具有的特性是它的电一机/机一电转换能力，可将电能转换为机械能，也可将机械能转换成电能。
这种特性已被广泛用于地球物理勘探、电子工程和生物医学工程等领域中。
由于压电换能器具有噪音低、功耗小和机械尺寸小等优点，也被广泛地应用到声学实验测量、声波测井（包括井眼超声成像）、移动互联网通信、血管内超声、医学影像、测距仪、生物特征识别和植入式微型设备等电子装置中。
声波换能器的瞬态响应特性对于上述应用至关重要。
换能器的电-声/声-电转换对测量的声波信号质量有着重要的影响。
因此，提高换能器质量以及改善其瞬态响应的方法得到了广泛研究。
事实上，辐射的声信号不仅取决于换能器的物理和几何参数以及换能器周围耦合介质的物理参数，还与电驱动信号有关。
而测量的声信号（实际上是在接收换能器电端的电信号）与接收换能器的声一电转换以及周围耦合介质和传媒介质的特性有关，还与到达接收换能器的声信号特性有关。
压电换能器的主要技术参数(V2.2)
上海谐鸣超声设备有限公司谐鸣超声技术支持：电话013681952953（王工）、QQ 2564620565 1压电换能器的主要技术参数压电（超声）换能器的技术参数较多，大致有以下一些：1、灵敏度：指换能器转化能量的效率，高灵敏度表示高的转化效率；2、谐振（工作）频率：指换能器谐振时的频率，谐振时，换能器灵敏度趋于最高，该参数和系统紧密相关；3、指向性：指换能器辐射面各方向角度发射或接收信号的强度变化，一般测试换能器主声轴的一个平行截面，测距、定位、成像时需考虑该指标；4、盲区（余振）：指换能器余振或拖尾的严重程度，即驱动信号结束后，换能器自身惯性振动持续的时间，测距成像类换能器需检测该指标；5、耐温性：指换能器能正常工作的高低温极限；6、耐压力性：指换能器能正常工作的高低压力极限；7、电参数：指换能器本身的阻抗（导纳）、容值、感值等，和系统匹配相关；8、振幅：指换能器在固定驱动电压下的振动幅度，和灵敏度基本类似，利用换能器的动能时需参考该指标；9、电压极限：指换能器可加的最大电压值，大功率超声系统特别需考虑该指标，电压长期超过该值易引起压电陶瓷的退极化；10、密封性：指换能器在液体中的密封性，水下换能器需考虑该指标；11、耐腐蚀性：指换能器对腐蚀性环境抵抗能力，腐蚀性环境下应用需考虑该指标；12、带宽：指换能器灵敏度的平坦程度，或对不同频率信号的兼容程度；13、其他：如重量、体积、外形尺寸、外壳材料、信号引出方式、换能器安装接口类型等。
以上罗列的是换能器主要指标参数，不同的仪器设备、不同的应用环境和场合要求不太一样，有一定的选择性，并不是指标越多、要求越高越好，如有的场合要求指向性越尖越好，而有的场合又希望指向性的开角大些好。
此外，每增加一项考核指标，都会同时增加换能器制造者、使用者的工作量和成本，部分指标会导致换能器制造工作量和成本成倍的增加，这没有必要，只有选择和系统或使用场合相应的指标参数才是合理有效的。
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压 电 与 声 光
2008年2月
PIEZO EL EC TEC TRICS & ACOU STOO P TICS
文章编号 :100422474 (2008) 0120100202
Vol. 30 No . 1 Feb. 2008
压电换能器性能参数与预应力关系的实验研究
李 军 , 贺西平 , 丁少虎
L I Jun , HE Xi2ping , D ING Shao2hu
( Applied Acoustics Instit ute , Shaanxi Normal Universit y , Xi′an 710062 , China) Abstract : The relationship between t he perfo rmance parameters and p rest ress of piezoelect ric t ransducer was
[ 2 ] C H IU C T , HORN G T S , MA H L , WU S M , et al. Super Broadband L umped Models fo r Embedded Pas2 sives[J ] . IEEE Elect ro nic Component s and Technolo2 gy , 2004 , 1 (124) :1 10421 107.
图 6 C0 、C1 、L1 分别随 F 变化的曲线
4 结束语
本文通过实验测试 ,研究了换能器性能参数与 预应力的关系 ,即随着预应力的增加 ,共振频率 、反 共振频率 、静态电容和动态电容先增大 ,当预应力达 到一定值后不再随预应力变化 ,趋于稳定值 ;电感几 乎不随预应力的变化而变化 ,始终保持为一定值 。 对本文中给定的换能器 ,性能参数稳定时对应装配 期间所施加的最佳预应力是 90 N ·m 。
根据本实验的方法迅速找到换能器的最佳预应力
值。
1 换能器的结构
图 1 为实验中所用换能器的结构 。其前后金属 盖板均为硬铝 ,前盖板喇叭形部分长度为 31. 8 nm , 其小端直径为 50 mm ,大端直径为 78. 2 mm ;喇 叭形部分前端的圆柱形部分长为 18. 7 mm ;后盖板
图 2 换能器的位移分布
Key words :p rest ress ; piezoelect ric t ransducer ; performance parameter
夹心式纵向振动压电换能器具有结构坚固 、制 为圆柱形 ,其长为 6Βιβλιοθήκη mm ,直径 50 mm ;压电陶瓷
造工艺简单 、功率质量比大 、电声效率高等优点 。在 片为 PZT28 ,厚为 12. 6 mm ,直径为 50 mm 。
图 4 f a2 F 曲线
图 5 为 f r2 F 曲线 。由图可看出 , f r 的变化规
律与 f a 基本相同 。当 F 达 90 N ·m 后 , f r 最终稳 定在 19. 27 k Hz 。
图 5 f r2 F 曲线
3. 2 等效电路参数值与 F 的关系 图 6 为 C0 、C1 、L 1 分别随 F 变化的曲线 。由图
收稿日期 :2006211214 基金项目 :陕西省自然科学基金项目 (2007A07) ;陕西师范大学研究生创新基金资助项目 (2007CXS024) 作者简介 :李军 (19812) ,男 , 山西长治人 , 硕士生 ,研究方向为超声工程及换能器设计 。
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功率超声领域 ,它得到了广泛的应用 。它的性能主
要受换能器的结构 、材料参数和装配时所施加的预
应力的影响 。组件相同的换能器 ,施加的预应力大
小不同 ,则换能器性能也会有所不同 。换能器的结
构 、材料参数对换能器的性能影响已有了大量 、深入
的研究[122] ,而关于预应力对换能器性能影响的研究
则较少 ,文献 [ 327 ] 主要讨论了换能器的预应力控 制 ,但都未能涉及预应力对换能器性能参数的影响 。 本文针对常用的夹心压电换能器 ,通过实验测试较 全面地研究了预应力大小对换能器性能参数的影
参考文献 :
[ 1 ] 颜忠余 ,林仲茂. 夹心压电换能器的优化设计2分析各 参数对换能器性能的影响 [J ] . 声学学报 ,1995 ,20 (1) :
18225 .
(下转第 105 页)
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关键词 :预应力 ;压电换能器 ;性能参数 中图分类号 : TB552 文献标识码 :A
Experimental Investigation of the Relationship bet ween the Perf ormance Parameters of Piezoelectric Transducer and the Prestress
6 (a) 、(b) 可看出 , C0 、C1 遵循的规律大致相同 。它 们先随 F 的增加而增大 ,当 F 达 60 N ·m 后 , C0 、 C1 随 F 而减小 ,但变化不大 。从图 6 (c) 可看到 ,随 F 的增加 , L1 变化不大 ,始终在一稳定值上下波动 , 在整个过程中基本保持为常数 。根据梅森等效电 路 , L1 来自于压电陶瓷振子的质量 , 由于整个过程 压电陶瓷振子的质量不随其他因素而改变 , L1 应保 持不变 。图 6 (c) 反映的情况与理论是一致的 。
st udied. Resonance f requency , anti2reso nance f requency and equivalent elect rical circuit parameters of piezoelect ric
t ransducer under corresponding p rest ress were measured. The relatio n between t he perfo rmance parameters and t he p rest ress is as follows : Wit h increase of t he p rest ress , resonance f requency , anti - reso nance f requency , static elec2
参考文献 :
[ 1 ] HORN G T S , PEN G K C , J AU J K , et al. S2parame2 ter fo rmulation of quality factor for a spiral inducto r in generalized two2port configuration [ J ] . IEEE Radio Frequency Integrated Circuit s Sympo sium , 2003 , 51 (11) :2 19722 202.
真结果存在一定的偏差 ,其原因是工艺误差和仿真 时材料参数设定为常数而不是随 f 变化 。
5 结束语
本文通过仿真和实验的验证分析了电感 、电容 元件结构参数对元件性能的影响 ,并提出了 L TCC 片式电感量和电容量的修正公式 。介绍了一种较成 熟的电感和电容的等效电路模型 ,综合结构参量对 元件的影响对建立 L TCC 无源元件的电路模型库 起到了一定的作用 。
第 1 期
燕文琴等 :低温共烧陶瓷埋置电感和电容的研究
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电容量基本满足
Ceff
=
(n-
1)ε0εr S
t
(4)
式中 n 为电容极板数 。
图 12 不同 f 下电容的 Ceff2S 及 Ceff2t 关系曲线
4. 3 实物测试结果 图 13 为电容样品的实测结果 。测试结果与仿
图 13 不同层数极板电容随频率的变化
图 3 换能器的等效电路
表 1 不同预应力下测得的换能器各参数值
F/ N ·m f a / k Hz f r / k Hz C0 / n F C1 / p F L1 / m H 25 17. 97 18. 55 2. 23 169. 52 463. 50 35 18. 11 18. 84 8. 73 761. 37 101. 06 40 18. 11 18. 98 1. 46 49. 60 1 510. 17 50 18. 26 18. 98 4. 82 462. 39 178. 60 55 18. 33 19. 13 5. 26 480. 12 157. 25 60 18. 33 19. 16 16. 12 574. 93 131. 09 70 18. 33 19. 16 5. 56 533. 66 141. 33 75 18. 33 19. 20 5. 39 517. 42 145. 40 80 18. 36 19. 20 5. 15 495. 50 151. 70 90 18. 40 19. 27 7. 82 797. 90 98. 79 95 18. 40 19. 27 2. 97 710. 77 105. 42 100 18. 40 19. 27 15. 79 1 573. 21 47. 17 105 18. 40 19. 27 4. 37 448. 67 167. 89 110 18. 40 19. 27 4. 16 426. 24 176. 81
第 1 期
李 军等 :压电换能器性能参数与预应力关系的实验研究
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2 换能器的性能参数及等效电路测试
在实验中 ,将换能器固定在夹具上 ,用 TLB 型 扭矩扳手 (该扳手上带有扭矩指示针 ,可读出扭矩的 大小) 施加装配预应力 F ,然后用 H P 4192A 型阻抗 分析仪测试换能器的共振频率 f a 、反共振频率 f r 和等效电路中的有关参数 ,如图 3 所示 ,图中 L1 、 C1 、R1 分别为换能器动态电感 、动态电容 、动态电 阻 , C0 为换能器静态电容 ,具体数据如表 1 所示 。