辐射场型压电振子的谐振特性研究.pdf

《辐射场型压电振子的谐振特性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、静嚣蔓羹衬麓辐射场型压电振子的谐振特性研究法强蔓鳞釜嚣眷麓耋蘸毒≤薹叶平，刘永斌量≥羔蕞乏耋矗翌譬j(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥230027)StudyonResonanceFreqencyofPiezoelectricRadialFieldDiaphragmYEPing，LIUYong—bin(DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrumentation，UniversityofScienceandTechnologyofChina,‘Herei230027，Chin

2、a)摘要：介绍了一种新型的辐射式场压电薄膜。O引言采用有限元软件ANsYS建立辐射场螺旋电极振子有限元模型，仿真压电振子的横向振动响应。通过．压电薄膜是利用逆压电效应实现电能和机械能分析振子的谐振响应，获得了螺旋型电极参数对压转换的驱动元件，具有结构简单、响应快、激励功率电振子谐振频率的影响规律。利用阻抗分析仪对辐小、精度高和稳定性好等优点，在化学分析、微细加射场型螺旋电极压电振子的谐振频率进行了实验测工、MEMS、精密光学仪器以及汽车发动机燃料供试，并与仿真结果进行了对比，两者基本吻合，验证给等领域有广阔的应用前景，因此它的研究倍受各了有限

3、元模型的可靠性。此外，研究结果表明，采用国学者的关注[1]。由于压电陶瓷具有横观各向同直径较大的PZT，可以明显减低振子的谐振频率，性，传统的压电薄膜在用平面内的2个垂直方向产且在相同的激励下，获得的应变较小。生大小相等、同时伸长、缩小的应变，提供较大的力。关键词：辐射场薄膜；谐振频率；有限元；阻抗这一缺点限制了压电薄膜应用范围[2]。因此，近年中图分类号：TB332来国内外出现了一些新型压电驱动材料和结构，如文献标识码：A压电纤维复合材料、正交异性压电复合材料[3]，张文章编号：1001—2257(201O)O8—0003一O3睿等采用了双

4、压电振子的复合结构，阚君武等采用Abstract：Anewkindofpiezoelectricradial0．18mm圆形铜片复合成压电振子结构[5]。但有fielddiaphragm(RFD)isintroduced．Harmonica—些驱动元件结构比较复杂，加工精度要求较高，而且nalysisofradia1fielddiaphragmwasmadebythe大多采用的是压电效应。本文采用新型螺旋状电极softwareANSYSindetail．Transverselengthex—产生辐射式电场驱动压电陶瓷片，利用d。。压电效应te

5、nsionvibrationmodewasobtainedaswellasfre—提高压电膜片的变形能力。对RFD振子进行了谐quencyaffectedbyelectrodedistance．Inaddition，振分析，通过用阻抗法测定的实验结果与有限元模resonancefrequencywasresearchedusingimped—拟的结果对比，验证了设计与仿真的合理性[7]。anceanalysisinstrument．Theresultcamevary1RFD压电薄膜的结构和工作原理closelytotheresultcalcu

6、latedbyFEM．There—sultsalsoshowedthatlowerresonancefrequency由于压电陶瓷片材质较脆，因此作为压电振子andstrainofradialfielddiaphragmwasgotbyse—经常与其它材料复合成薄膜，常用的辅助材料有玻lectinglittlediameterPZT．璃、金属膜和硅等。本文采用的是一种新型的柔性Keywords：radialfielddiaphragm；resonance膜片(Kapton)作为辅助材料。frequency；finiteelement；impe

7、danceRFD由压电陶瓷薄片PZT、Kopton薄膜以及螺旋电极组成，结构如图1所示。振子表面由一对异性螺旋电极交叉组成，使得正负极交错排列，振子上下表面电极结构相同，位置相对，工作时产生的电收稿日期：2010一O5—10基金项目：国家自然科学基金资助项目(50575216)场如图2所示。《机械与电子)2010(8)·3。式计算的方法得不出振子的动态性能参数。利用Kapton~ANSYS软件直接耦合的方式求解，可以提高模拟计算的精度，比较准确地仿真出振子变形的特性，来分析电极间距对压电振子谐振频率的影响，采用了3种尺寸的RFD膜片，如表1所

8、示。表1RFD振子参数与压电频率螺旋电极胶层图1RFD压电薄膜结构▲首先，假设压电振子得到充分极化，根据RFD压电振子的结构特点可得：a．压电振子极化方向均匀分布。