本文關(guān)鍵詞：基于新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器的加速度傳感器研究

  更多相關(guān)文章： 鈸式結(jié)構(gòu) 壓電陶瓷 壓電換能器 加速度傳感器 有限元

【摘要】：鈸式結(jié)構(gòu)壓電換能器因其特殊的結(jié)構(gòu),等效壓電常數(shù)比典型結(jié)構(gòu)壓電換能器高數(shù)十倍,自提出以來(lái)一直是壓電復(fù)合換能器的研究熱點(diǎn),已成功應(yīng)用于水聽(tīng)器、能量收集器以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。早期鈸式壓電換能器僅通過(guò)粘結(jié)劑將壓電材料和金屬端帽進(jìn)行固連,易造成鈸式換能器在循環(huán)載荷或大功率大位移作用下產(chǎn)生粘結(jié)層脫膠失效,影響其使用性能,限制了其應(yīng)用范圍。本文研究的新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器除了使用粘結(jié)劑進(jìn)行固連外,同時(shí)通過(guò)螺栓進(jìn)行機(jī)械連接,提高了疲勞強(qiáng)度,使其可以承受更高的激勵(lì)電壓和輸出更大的位移,拓寬了鈸式壓電換能器的應(yīng)用領(lǐng)域,具有很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。本文首先通過(guò)對(duì)鈸式換能器結(jié)構(gòu)的理論分析和有限元分析,給出了換能器的位移—電壓數(shù)學(xué)模型,并對(duì)構(gòu)建的理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證,接著推導(dǎo)出了靈敏度和等效壓電常數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式,分析了換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)與其性能的關(guān)系,同時(shí)分析了新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器相比早期鈸式壓電換能器的優(yōu)點(diǎn)。然后根據(jù)理論分析和有限元分析結(jié)果,確定了新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器結(jié)構(gòu)參數(shù),并研究了制作工藝,制作了換能器樣品。在傳感器信號(hào)處理部分,本文設(shè)計(jì)了電荷放大電路和低通濾波電路,實(shí)現(xiàn)了換能器輸出信號(hào)的阻抗轉(zhuǎn)換,濾除了信號(hào)中的高低頻干擾信號(hào),并設(shè)計(jì)制作了PCB印刷電路板。最后基于新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器設(shè)計(jì)制作了一種加速度傳感器。在鈸式壓電加速度傳感器的實(shí)驗(yàn)研究中,本文進(jìn)行了鈸式壓電換能器和壓電陶瓷的對(duì)比實(shí)驗(yàn),研究了質(zhì)量塊對(duì)換能器性能的影響。同時(shí)研究了電荷放大電路中反饋電阻阻值對(duì)輸出信號(hào)的影響,最后對(duì)鈸式壓電加速度傳感器進(jìn)行了性能測(cè)試,給出了相關(guān)靜態(tài)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鈸式壓電換能器靈敏度約是同尺寸典型結(jié)構(gòu)壓電陶瓷換能器40倍;本文所設(shè)計(jì)的鈸式壓電加速度傳感器靈敏度、線(xiàn)性度、遲滯性、重復(fù)度分別為22.185mV/m?s-2、1.611%FS、0.304%FS、0.455%FS。
【關(guān)鍵詞】：鈸式結(jié)構(gòu) 壓電陶瓷 壓電換能器 加速度傳感器 有限元
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景和意義10
• 1.2 壓電換能器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 壓電材料的發(fā)展10-11
• 1.2.2 鈸式壓電換能器研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容13-15
• 第二章 鈸式壓電換能器結(jié)構(gòu)理論分析15-23
• 2.1 鈸式壓電換能器位移-電壓數(shù)學(xué)模型16-19
• 2.1.1 鈸式換能器壓電方程16
• 2.1.2 鈸式換能器受力分析16-17
• 2.1.3 鈸式換能器位移-電壓數(shù)學(xué)模型17-19
• 2.2 鈸式壓電加速度傳感器靈敏度與換能器等效壓電常數(shù)19-20
• 2.3 新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器力學(xué)分析20-22
• 2.3.1 早期鈸式壓電換能器應(yīng)力分布20-21
• 2.3.2 新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器受力分析21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 鈸式壓電換能器性能影響因素有限元分析23-32
• 3.1 鈸式壓電換能器有限元分析前處理24-26
• 3.2 鈸式壓電換能器性能影響因素有限元分析26-31
• 3.2.1 壓電陶瓷厚度tp對(duì)鈸式壓電換能器性能的影響27
• 3.2.2 金屬端帽厚度t對(duì)鈸式壓電換能器性能的影響27-28
• 3.2.3 空腔高度h對(duì)鈸式壓電換能器性能的影響28
• 3.2.4 小徑R2對(duì)鈸式壓電換能器性能的影響28-29
• 3.2.5 中經(jīng)R1對(duì)鈸式壓電換能器性能的影響29
• 3.2.6 鈸式壓電換能器有限元模態(tài)分析29-31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 第四章 鈸式壓電加速度傳感器設(shè)計(jì)32-54
• 4.1 新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器的制備32-39
• 4.2.1 新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器材料的選擇32-34
• 4.2.2 新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作34-36
• 4.2.3 金屬端帽的制作36-38
• 4.2.4 鈸式壓電換能器的裝配38-39
• 4.2 鈸式壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-41
• 4.3 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)41-52
• 4.3.1 壓電加速度傳感器對(duì)測(cè)量電路的要求41-46
• 4.3.2 電荷放大電路設(shè)計(jì)46-49
• 4.3.4 低通濾波電路設(shè)計(jì)49-52
• 4.3.5 PCB板的設(shè)計(jì)與制作52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 鈸式壓電加速度傳感器試驗(yàn)與性能測(cè)試54-65
• 5.1 鈸式壓電換能器性能測(cè)試54-59
• 5.1.1 壓電陶瓷與鈸式壓電換能器電壓輸出特性對(duì)比試驗(yàn)54-57
• 5.1.2 質(zhì)量塊對(duì)鈸式壓電換能器性能的影響57-59
• 5.2 鈸式壓電加速度傳感器性能測(cè)試59-64
• 5.2.1 電荷放大器反饋電阻測(cè)試60-61
• 5.2.2 鈸式壓電加速度傳感器性能測(cè)試61-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 總結(jié)65-66
• 6.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它科研成果71

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本文編號(hào)：1048847