發(fā)布時間：2017-09-29 01:34

  本文關鍵詞：面內(nèi)扭轉壓電圓片諧振器及其在液體粘度測量中的應用

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【摘要】：近年來,壓電扭轉諧振器在精密傳感器和先進致動器領域獲得了廣泛應用,如超聲馬達、壓電泵、光學掃描器、粘度計和能量回收裝置等。現(xiàn)有的壓電扭轉諧振器結構上絕大多數(shù)是細長圓柱型的,產(chǎn)生的扭轉應力波沿著長度方向傳播,本文提出一種基于螺旋叉指電極的壓電圓片扭轉諧振器,其可以有效產(chǎn)生沿徑向傳播的面內(nèi)扭轉應力波,具有結構簡單、加工便捷、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。同時本文進一步探索這種圓片扭轉諧振器在液體粘度測量領域的應用,鑒于其具有體積小、結構簡單、價格便宜、可實現(xiàn)在線測量等優(yōu)勢,有望成為便攜式粘度計領域的有力競爭者。 本文首先研究螺旋電極式壓電諧振器的工作原理,提出等螺旋角和等電極間隔兩種基本形式的螺旋電極式壓電諧振器,基于壓電方程推導其靜態(tài)扭轉位移和扭轉角,研究螺旋角α和等距螺旋線的起始半徑b值對其扭轉位移輸出特性的影響,推導其振動的特征方程,建立動態(tài)等效電路模型。然后探究復雜極化情況下有限元壓電耦合分析方法,仿真研究電場的不一致分布特性、靜態(tài)扭轉位移特性和諧響應特性,并實際制作螺旋電極式壓電諧振器,進行電學導納和多普勒測試,并將實驗結果與仿真結果做對比。最后研究基于阻抗分析的粘度測量方法,制作粘度計原型機,在甘油水溶液中測試對粘度計進行了穩(wěn)定性和線性度測試。實驗結果表明：邊緣固定狀態(tài)下,施加峰峰值為400Vp-p頻率為1Hz的正弦電壓激勵,測得等螺旋角和等電極間距壓電諧振器在r=6mm處的靜態(tài)扭轉角分別為0.00458°和0.00605°,多普勒測振儀掃頻測得一階扭轉諧振頻率分別是86.0kHz和84.4kHz。粘度計在28℃甘油水溶液中,動態(tài)電阻R2與粘度和密度乘積的平方根(?)ρμ的關系滿足y=19.23x,其R-square是0.997,諧振頻率漂移△f與(?)ρμ的關系滿足y=-42.34x一272.6,其R-square是0.9763。
【關鍵詞】：螺旋電極 壓電陶瓷 扭轉諧振器 振動法 粘度計
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB933;TN384
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 扭轉諧振器的分類與發(fā)展10-13
• 1.3 流體粘度計的分類與發(fā)展13-20
• 1.3.1 流體粘度的概念基礎13-14
• 1.3.2 流體粘度計的分類與發(fā)展14-20
• 1.4 本文選題的意義與論文結構20-23
• 第二章 螺旋電極式壓電扭轉諧振器23-47
• 2.1 螺旋電極式壓電扭轉諧振器的原理23-34
• 2.1.1 螺旋電極的結構形式23-24
• 2.1.2 螺旋電極式壓電扭轉諧振器的靜態(tài)分析24-28
• 2.1.3 螺旋電極式壓電扭轉諧振器的面內(nèi)扭轉振動模態(tài)28-34
• 2.2 螺旋電極式壓電扭轉諧振器的有限元仿真分析34-39
• 2.2.1 ANSYS有限元仿真分析步驟與方法優(yōu)化35-37
• 2.2.2 ANSYS有限元仿真結果37-39
• 2.3 螺旋電極式壓電扭轉諧振器的加工與測試39-45
• 2.3.1 樣機制作39-40
• 2.3.2 電學阻抗測試40-41
• 2.3.3 位移特性測試41-45
• 2.4 本章小結45-47
• 第三章 阻抗法粘度測量原理及其實驗47-65
• 3.1 壓電諧振器的機械阻抗特性47-49
• 3.1.1 流體剪切波傳播特性47-48
• 3.1.2 諧振器的機械阻抗特性48-49
• 3.2 壓電諧振器的電學阻抗集總參數(shù)模型49-53
• 3.2.1 無負載時,壓電諧振器的集總參數(shù)模型49-51
• 3.2.2 有負載時,壓電諧振器的集總參數(shù)模型51-53
• 3.3 機械阻抗與電學阻抗的關系53-54
• 3.4 等效電學參數(shù)的計算方法54-56
• 3.4.1 直接計算等效電學參數(shù)的方法54-55
• 3.4.2 導納圓法計算等效電學參數(shù)55-56
• 3.5 粘度計樣機的制作與實驗配置56-57
• 3.6 基于阻抗法的粘度測量實驗57-61
• 3.7 本章小結61-65
• 第四章 總結與展望65-69
• 4.1 全文總結65-66
• 4.2 研究展望66-69
• 參考文獻69-75
• 附錄A 坐標系轉換關系75-77
• 致謝77-79
• 在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果79

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 蘆志強;潘成亮;馬玉婷;;基于螺旋叉指電極的壓電圓盤扭轉致動器[J];壓電與聲光;2010年05期

，

本文編號：939264