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基于光学应用的压电换能器的研究

作　者: 张利燕
导　师: 高椿明
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 夹心换能器钹式换能器有限元分析可变形反射镜声致发光
分类号: TN384
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

光学系统中的许多核心部件为声学器件,其中作为波前调整的变形镜驱动器及声致发光中的激励换能器均可以设计成压电复合结构,本文针对可以应用于可变形反射镜的钹式压电复合换能器及可以用于声致发光的夹心式压电复合换能器展开了研究,内容如下:1、开展了钹式压电换能器的研究。鉴于钹式换能器的优良性能,本文提出了用其作为可变形镜致动器的构想:首先,利用有限元分析方法研究了几何参数对换能器工作频率、等效压电常数、位移量的影响;其次,开展了钹式压电复合换能器的制作、加工工艺与实验测试的研究,测试了在循环加压过程中,迟滞效应对换能器位移量及稳定性的影响;最后,通过分析仿真和实验结果,证明了钹式压电复合换能器应用于波前调整的可行性。通过仿真和实验证明,本文中研制的钹式压电换能器具有稳定性高、迟滞度小、灵敏度高的特点,为开展基于钹式换能器的波前调整器的研究做了充分的准备。2、开展了夹心式压电换能器的研究。本文提出了对换能器前后两部分分别设计和仿真的方法,比传统的按整体进行计算和仿真的方法实现了更高的仿真设计效率:首先,对前后部分分别仿真与优化,实现前后部分的谐振一致性;其次,对夹心换能器的制作工艺与装配技术进行研究;最后,按最优方案制作换能器,并与传统方法设计的换能器进行实验对比。实验证明,按照本文提出的方法,加工装配的夹心换能器不仅研制周期短,而且品质因数高、谐振阻抗小、有较大的有效机电耦合系数,为声致发光实验的进行打好了基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 压电换能器的研究背景  9-10
  1.2 钹式及夹心式压电换能器的研究意义  10-12
    1.2.1 夹心压电换能器的研究意义  10-11
    1.2.2 钹式压电换能器的研究意义  11-12
  1.3 研究内容  12-13
第二章压电换能器理论  13-31
  2.1 压电陶瓷的相关理论  13-20
    2.1.1 压电效应  13-14
    2.1.2 压电材料  14
    2.1.3 压电陶瓷的制作工艺  14-16
    2.1.4 压电方程与振动模式  16-17
    2.1.5 矩阵变换法  17-19
    2.1.6 压电陶瓷的迟滞效应  19-20
  2.2 钹式压电复合换能器的相关理论  20-22
    2.2.1 位移放大原理  20-22
    2.2.2 等效压电常数  22
  2.3 夹心式压电换能器的理论推导  22-28
    2.3.1 前后盖板的纵振动方程及其解  23-25
    2.3.2 压电陶瓷的振动方程  25-26
    2.3.3 夹心式压电换能器的频率方程  26-28
  2.4 有限元分析方法  28-30
    2.4.1 ANSYS 程序简介  28-29
    2.4.2 ANSYS 在压电振动系统分析中的应用  29-30
  2.5 小结  30-31
第三章钹式压电复合换能器的有限元分析与实验研究  31-48
  3.1 有限元分析  31-40
    3.1.1 钹式压电复合换能器的ANSYS 程序建立过程  31-34
    3.1.2 Cymbal 换能器特性研究  34-39
    3.1.3 仿真结果分析  39-40
  3.2 钹式换能器的实验研究  40-46
    3.2.1 钹式压电复合换能器的制作  40-42
    3.2.2 微位移测量装置与易产生的问题  42-44
    3.2.3 迟滞曲线测量及重复性实验  44-45
    3.2.4 钹式换能器的老化测试  45-46
  3.3 小结  46-48
第四章夹心式压电复合换能器的有限元分析与实验研究  48-60
  4.1 夹心式压电换能器设计有限元分析方法  48-54
    4.1.1 ANSYS 程序结构  48-51
    4.1.2 夹心式压电换能器简便设计的方法  51-54
  4.2 夹心式换能器的相关实验研究  54-59
    4.2.1 声速测量实验  54-55
    4.2.2 夹心式压电换能器的制作流程  55
    4.2.3 夹心换能器的实验环境  55-56
    4.2.4 夹心换能器的探索实验  56-58
    4.2.5 夹心换能器的对比实验  58-59
  4.3 小结  59-60
第五章结论  60-62
  5.1 工作内容和成果  60-61
  5.2 展望和不足  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-65
攻硕期间取得的研究成果  65-66
附录  66-70

基于光学应用的压电换能器的研究

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