- 1、本文档共54页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
新型压电声传感器应用
第7章 压电声传感器 ;7.1 厚度振动换能器 ; 图7.2是超声检测中实际应用的探头的结构剖面图。图(a)为直探头,声波垂直入射。图(b)为斜探头,声波以一定角度入射。
从探头的结构可见,厚度振动换能器主要由压电陶瓷晶片、保护膜和背衬组成。这三部分决定了厚度振动换能器的主要特性,下面就以图7.3所示的厚度振动换能器的这一理论模型研究这种换能器的性能。图中1为保护膜,2为背衬,3为压电晶片。由于篇幅所限,以下只列出主要结果,读者若要了解详细推导过程,可参看本章参考文献[2]。 ;图7.1 厚度振动换能器结构图 ;图7.2 超声检测中实际应用的探头结构 ;图7.3 厚度振动换能器的理论模型 ; 从晶体的压电方程、运动方程、几何方程和边界条件,可导出如图7.4所示的厚度振动晶片的机电等效图。图中,ρ、v、t和S分别表示晶片的密度、声速、厚度和截面积,C0=S/(tβS33)为晶片截止电容,n=Sh33/(βS33t)为机电转换系数, 、 和F1、F2表示晶片两端的振速和所受外力。; 保护膜和背衬的等效机电图如图7.5所示。对保护 。对背衬只
需将下标1改为2,则Z1和Z2有相同的表达式。
由图7.4和图7.5,利用交界面力和速度连续的边界条件,可得到如图7.6所示的厚度振动换能器的机电等效图。图中Zs为辐射声阻抗。有了此等效图,分析换能器的机电性能就比较容易了。 ;图7.4 厚度振动晶片的机电等效图;图7.5 保护膜和背衬的等效机电图 ; 若设背衬的机械阻抗为无限大(这近似一般的实际情况),即图7.6中的22′端开路,可得辐射面共振(ξ10最大)的共振条件为
; 辐射面共振时的辐射声功率为 ;图7.6 厚度振动换能器的机电等效图 ;7.2 圆柱形压电换能器 ; 当换能器工作于接收状态时,压电陶瓷圆管在声信号的作用下发生伸张或收缩,借助正向压电效应,转换为电信号输出。
圆管内部常充以反射材料或吸声材料,振子置于充油的外壳中或直接在外部硫化一层透声橡胶和浇注一层高分子材料。圆柱形压电换能器沿半径方向有均匀的指向性、有较高的灵敏度,且结构较简单,因而广泛用??水声技术、超声技术、海洋开发和地质勘探中,并常用来作标准接收换能器。 ; 图7.7为一圆柱形水听器的结构,图中,1—同轴电缆,2—金属套筒,3—橡皮护套和衬垫,4—压电陶瓷圆管,5—释压材料,6—金属端帽。在低频(远低于共振频率)时,这种换能器的接收灵敏度有平坦的响应。较小的圆管有较高的共振频率,可获得较宽的、平坦的频带宽度,但灵敏度将有所降低。
; 图7.7 圆柱形水听器的结构 ; 7.2.1 薄壁圆管的共振频率方程
长为l,平均半径为a,边界自由的薄壁圆管的共振频率方程为; (2) l→0 ; (4) ωl=ωr即πa=l ; 7.2.2 开路接收电压灵敏度
?当频率远低于第一个共振频率时接收灵敏度有平坦的响应。接收灵敏度还和圆柱水听器的两端力学边界条件有关。对于管端自由(声屏蔽)的力学边界条件得到的低频时的开路接收电压灵敏度为
;7.3 复合棒压电换能器 ;图7.8 复合棒压电换能器振子结构示意图; 图7.9 复合棒压电换能器外形图; 压电陶瓷晶片安放时要注意:每相邻两片的极化方向相反;晶片的数目一般成偶数,以使前后金属盖板与同一极性的电极相连,否则在前后盖板与晶片之间要垫以绝缘垫圈。每两片晶片之间、以及晶片和金属盖板之间通常夹以薄黄铜片(一般厚度小于0.1mm),作为焊接电极引线用。振子通过节板固定在外壳或支架上,金属节板的位置设计在振子振动的节面上。为了尽量减轻振子与外壳的机械耦合,在保证节板支撑强度的情况下,节板尽可能的薄一些,有时在稍大于晶片直径的圆周上车一槽,增加其顺性。 ; 晶片、电极铜片、金属节板和金属前后盖板之间用环氧树脂胶合。由于压电陶瓷的抗压应力远大于抗拉应力;胶合层在大振幅的情况下通常也在拉伸阶段遭到破坏,所以加上预应力螺钉把振子的晶片和胶合部分加上预压应力。加上预应力螺钉对共振频率有小的影响,而电声效率不变,所承受的最大功率却要增加数倍。金属前盖板通常采用硬铝或镁铝合金等轻金属,后盖板通常采用钢或黄
您可能关注的文档
最近下载
- 国家开放大学学前教育科研方法大作业答案.docx
- 配电工程 投标方案(技术方案).docx
- 2023年11月金华十校2024届级高三一模历史试卷(含答案).docx
- 2024《教育科学研究项目课题设计论证》:大班幼儿入学准备主题课程构建的实践研究7400字.doc
- 机电应用技术专业典型案例——校企融合、实景教学办学模式的创新.docx VIP
- 丙型肝炎病毒实验室检测技术规范(2023年修订版).pdf
- 中国客票销售发展模式论文.pdf
- 广东省茂名市电白区2023-2024学年七年级上学期期中数学试卷.pdf VIP
- 国家开放大学《管理英语4》边学边练Unit 5-8(答案全).docx VIP
- 《烹饪美学》 第四章 菜点造型艺术.pptx
文档评论(0)