本文關(guān)鍵詞：多層壓電陶瓷沖擊傳感器研究

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【摘要】：傳感器是自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件,是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及控制系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、信息化、小型化的核心技術(shù)之一,傳感器的性能直接決定了自動(dòng)控制系統(tǒng)的靈敏度、分辨率及動(dòng)態(tài)響應(yīng)等技術(shù)指標(biāo)。壓電傳感器作為傳感器中的重要分支,已在消費(fèi)電子、工業(yè)控制、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、國(guó)防軍事等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。隨著振動(dòng)及沖擊傳感技術(shù)的發(fā)展,對(duì)壓電傳感器的靈敏度、體積、成本及批量化提出了更高的要求,傳統(tǒng)壓電傳感器技術(shù)已經(jīng)成為了技術(shù)發(fā)展的瓶頸�；诘蜏毓矡沾杉夹g(shù)的多層壓電陶瓷元件具有極高的壓電常數(shù)、小型化的體積、批量化生產(chǎn)的技術(shù),將其用于壓電沖擊傳感器會(huì)大幅度提高電荷靈敏度、減小敏感元件的體積,從而獲得性能優(yōu)異的壓電傳感器。論文從傳感器基本設(shè)計(jì)原理、多層壓電陶瓷元件的力學(xué)及電學(xué)性能及壓電傳感器測(cè)試分析技術(shù)等方面進(jìn)行了論述與研究。首先,介紹了多層壓電陶瓷沖擊傳感器的發(fā)展動(dòng)態(tài)和工作原理,進(jìn)行了傳感器的理論分析和研究,在此基礎(chǔ)上開展高性能傳感器設(shè)計(jì)和仿真,對(duì)壓電傳感器的方向敏感特性進(jìn)行了分析。其次,對(duì)多層壓電陶瓷進(jìn)行了力學(xué)和電學(xué)性能研究,多層壓電陶瓷具有抗強(qiáng)壓縮能力和優(yōu)異的壓電性能,能夠滿足傳感器的設(shè)計(jì)要求。最后,根據(jù)設(shè)計(jì)制造出了高達(dá)400pc/g、固有頻率超過(guò)50kHz的傳感器,并進(jìn)行性能測(cè)試和動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究,分析了傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的“負(fù)沖”和輸出幅值,并對(duì)瞬態(tài)沖擊滯后響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)試和研究,滯后響應(yīng)時(shí)間與傳感器的固有頻率、沖擊激勵(lì)的脈寬、傳感器的安裝方式-是否有轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)及安裝力矩的大小有關(guān),為多層壓電陶瓷沖擊傳感器的應(yīng)用提供了依據(jù)。本文對(duì)多層壓電陶瓷及傳感器進(jìn)行了研究,解決了多層壓電陶瓷集成及力學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),設(shè)計(jì)出了高靈敏度、高頻響多層壓電陶瓷沖擊傳感器,其靈敏度及體積均體現(xiàn)出了獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：多層壓電陶瓷 沖擊傳感器 靈敏度 固有頻率 方向敏感 動(dòng)態(tài)響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-17
• 1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀7-13
• 1.2 研究背景及意義13-15
• 1.3 本論文的主要工作15-17
• 第二章 壓電沖擊傳感器理論分析與研究17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 壓電沖擊傳感器的結(jié)構(gòu)理論分析17-24
• 2.2.1 壓電沖擊傳感器的力學(xué)結(jié)構(gòu)及模型17-20
• 2.2.2 壓電沖擊傳感器的靈敏度20-23
• 2.2.3 壓電沖擊傳感器的固有頻率23-24
• 2.3 壓電材料特性分析24-30
• 2.3.1 壓電效應(yīng)24-28
• 2.3.2 壓電性能28-30
• 2.4 壓電沖擊傳感器的電學(xué)分析30-34
• 2.4.1 壓電元件的等效電路30-31
• 2.4.2 壓電沖擊傳感器的等效電路31-32
• 2.4.3 壓電沖擊傳感器的動(dòng)態(tài)特性32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 基于多層壓電陶瓷的高靈敏度沖擊傳感器設(shè)計(jì)35-50
• 3.1 多層壓電陶瓷沖擊傳感器的性能及力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-39
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)及性能設(shè)計(jì)35-36
• 3.1.2 強(qiáng)度預(yù)計(jì)與仿真36-39
• 3.2 多層壓電陶瓷沖擊傳感器的電學(xué)性能研究39-49
• 3.2.1 靈敏度分析39-40
• 3.2.2 線性度分析40
• 3.2.3 電響應(yīng)及檢測(cè)電路分析40-44
• 3.2.4 方向敏感特性分析44-49
• 3.3 小型多層壓電陶瓷沖擊傳感器設(shè)計(jì)49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 多層壓電陶瓷的力學(xué)及電學(xué)性能研究50-62
• 4.1 多層壓電陶瓷制備50-53
• 4.2 多層壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)和微觀形貌53-54
• 4.3 多層壓電陶瓷的力學(xué)仿真54-57
• 4.3.1 氣孔率對(duì)多層壓電陶瓷的強(qiáng)度影響54-56
• 4.3.2 翹曲對(duì)多層壓電陶瓷的強(qiáng)度影響56-57
• 4.4 多層壓電陶瓷的強(qiáng)壓縮力學(xué)響應(yīng)57-58
• 4.5 多層壓電陶瓷的電學(xué)性能58-61
• 4.5.1 多層壓電陶瓷的介電性能58-60
• 4.5.2 多層壓電陶瓷的壓電性能60-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第五章 多層壓電陶瓷沖擊傳感器測(cè)試與分析62-78
• 5.1 壓電沖擊傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)62-64
• 5.1.1 壓電傳感器測(cè)試原理及分析方法62-63
• 5.1.2 多層壓電陶瓷沖擊傳感器的測(cè)試系統(tǒng)63-64
• 5.2 多層壓電陶瓷沖擊傳感器的測(cè)試及分析64-76
• 5.2.1 動(dòng)態(tài)沖擊響應(yīng)測(cè)試64-65
• 5.2.2 電響應(yīng)“負(fù)沖”和幅值分析65-70
• 5.2.3 溫度響應(yīng)特性70
• 5.2.4 瞬態(tài)沖擊滯后響應(yīng)時(shí)間研究70-76
• 5.2.4.1 壓電傳感器瞬態(tài)沖擊響應(yīng)70-72
• 5.2.4.2 沖擊滯后響應(yīng)時(shí)間測(cè)量72-73
• 5.2.4.3 滯后響應(yīng)時(shí)間分析73-76
• 5.2.4.4 結(jié)論76
• 5.3 小型多層壓電陶瓷沖擊傳感器測(cè)試76-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 論文工作總結(jié)78
• 6.2 下一步工作展望78-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 附錄 碩士研究生在校期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文及研究成果86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：822004