Cymbal型压电换能器电压一位移特性建模与分析.pdf

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1、第25卷第4期传感技术学报2012年4月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSApr．2012ModelingandAnalyzingtheVoltage-DisplacementPerformanceofCymbalPiezoelectricTransducersGAOQuanqin(DepartmentofElectromechanicalengineering，ChangshaUniversity，Changsha410003，China)Abstract：Voltage—DisplacementPerformance(

2、VDP)isoneofthemostimportantcharacteristicsofCymbalwhenitisusedasactor．BasedonanalyzingthepiezoelectricceramicsheetstressofCymbaltransducer．thepiezoelectrice．quationswithboundarystressconditionsaregiven．AndaVDPfunctionofcymbaltransducersisestablished．Itisvalidatedthatthecalculationr

3、esultsbytheVDPfunctionagreewiththeresultsbyexperimentsThroughanalyzing．theVDPfunction，someCHIVESoftherelationshipbetweentheparametersofcvmbaltransducerandequivalentpie．zoelectricconstantd33aregiven．Thesecurvesareusefultocontrolcymbaltransducererrorsbatchprocess，andper．，formancecons

4、istency．Keywords：cymbal；piezoelectrictransducer；voltage—displacementperformance；modeling．EEACC：7230；2860doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2012．04．015Cymbal型压电换能器电压一位移特性建模与分析术高全芹(长沙学院机电工程系，长沙410003)摘要：通过对Cymbal换能器压电陶瓷片受力分析，给出了其压电方程的边界受力约束条件，建立了Cymbl型压电换能器电压一位移函数关系模型。模型计算结果与试验结果吻合。并利用该模型，

5、给出了Cvmbal换能器几个关键参数对等效压电常数d的影响规律。这些结论对Cymbal换能器的敏感参数误差控制、大批量生产工艺优化、性能指标一致性控制等方面具有指导意义关键词：Cymbal型；压电换能器：位移特性：建模中图分类号：TH86文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)04—0492—04Cymbal型压电换能器l1电压一位移特性[4是特性影响规律。这些规律用于Cymbal型压电换能器其重要性能之一。目前对其研究手段有试验法J、有批量生产中的性能一直性控制。限元法【等，但这两种方法都无法给出能够描述电1Cymbal压电换能器典型结构压一

6、位移本质特性的函数模型。吴石林等_8]通过建立压电陶瓷圆片的压电方程．采用理论建模法分析了典型的Cymbal换能器结构，如图1所示。上下球帽Cymbal型换能器的位移特l生。但吴石林将压电Cymbal型金属端帽为对称结构，与压电陶瓷圆片严陶瓷片边界条件简化为自由边界状态，认为零应力约格胶合。与结构尺寸相关的变量有：端帽材料厚度束。事实上压电陶瓷片端面受到Cymbal金属帽变形阻力约束，并非零应力约束。错误的边界条件导出的垡结论值得商榷。本文通过客观分析Cymbal换能器的／h2＼；压电陶瓷片所处于的受力约束状态．给出了压电方程砖糍城0尊错粥：+=．榭{的边界

7、受力约束条件，建立Cymbal型压电换能器电1'_．_一-_2R压一位移函数关系模型。利用该模型可定量分析Cymbal型压电换能器结构敏感参数对其电压一位移图1Cymbal换能器结构项目来源：长沙学院青年科研基金项目(CDJJ一09010104)收稿日期：201l—l0—17修改日期：201l—l2—19第4期高全芹：Cymbal型压电换能器电压一位移特性建模与分析493；端帽半径R。；内腔椎底半径R；内腔椎顶半径Rz；Cymbal型金属端帽会发生弹性形变，产生轴向伸长压电陶瓷厚度为t。。位移，并同时产生阻止变形的弹性阻力。2Cymbal换能器的压电方程Cy

8、rmbal型换能器轴向位移与压电陶瓷片的径向伸缩量和