基于LabVIEW的压电陶瓷强场机械品质因数测量系统

压电材料在强场和弱场条件下的机械品质因数Qm存在较大差别,而目前国际上尚没有通用和成熟的压电材料强场Qm表征方法和测量系统。本文设计了一套基于LabVIEW的压电振子强场机械品质因数测量系统并提出一种新的数据处理方法,实现了仪器控制、波形数据读取、信号滤波和拟合,以及Qm值自动计算功能。用该系统测量了圆环和长条压电振子的Qm值随电压和振动速度变化关系,结果表明随着驱动电场和振动速度的增大,样品的机械品质因数急剧减小。该测量系统运行稳定,可实现仪器控制和数据采集的自动化处理,可以满足压电陶瓷强场机械品质因数测量的需要,能极大地提高测试效率。

薄长片压电振子的强场机械品质因数表征研究

为探究利用温升和振动测量表征强电场下薄长片压电振子的机械品质因数Qm的可行性,首先对工作在横向长度伸缩振动模式的薄长片压电振子的热传导方程进行建模和有限差分求解分析,推导了压电振子自发热参数hg、边界振动速度幅值Vmax与Qm之间的关系;其次利用有限元仿真和数值求解方法,研究了不同材料参数下薄长片压电振子的振动温升分布的特性,验证了利用温升和振动测量方法表征薄长片压电振子Qm值的准确性;最后搭建了实验装置表征了PZT-4和PZT-8两种压电薄长片压电振子在不同电场下的Qm值,结果表明:不同电场强度下PZT-8压电振子的Qm值均高于PZT-4压电振子,且随着电场强度增大两种压电振子的Qm值均减小,该方法和实验结果可为大功率压电器件的设计和性能表征提供参考。

添加Co_2O_3对微波低介电常数陶瓷机械品质因数的影响

研究了添加不同质量分数的Co2O3对Mg2TiO4-Mg2SiO4基微波低介瓷料微观结构及介电性能的影响,通过XRD,SEM分析,发现Co2O3在瓷料中起助溶作用,有效降低了瓷料的烧结温度,使瓷体致密化,同时降低了损耗即提高了机械品质因数Q。加入的Co2O3分解生成的Co2+置换主晶相Mg2TiO4中的Mg2+形成了固溶体(Mg,Co)2TiO4。当添加质量分数为2.4％的Co2O3时获得介电性能较好的瓷料。

高次谐波体声波谐振器的机械品质因数

机械品质因数QM是高次谐波体声波谐振器(High-overtone Bulk Acoustic Resonator,HBAR)一个关键的特性参数。首次较系统地研究了QM随构成HBAR的3个组成部分(基底、压电薄膜和电极)的结构参数(厚度)和性能参数(特性阻抗与机械衰减因子)的变化规律。在谐振频率附近,将HBAR的分布参数等效电路简化为集总参数等效电路,首次用解析表达式给出它们的变化规律,分析了QM在给定频率最近谐振点的变化情况。结果表明,固定压电层厚度,QM随基底厚度的连续增加略呈振荡(非单调)上升,当基底厚度很大时趋于基底材料的机械品质因数;固定基底厚度,QM随压电层厚度的连续增加呈波浪式下降;选择低损耗的蓝宝石或YAG作为基底可以获得较大的QM值;电极的损耗必须考虑,它会降低QM值;与Au电极相比,具有较低损耗的A1电极选择适当厚度可以获得较高的QM值;此外,QM随频率的增加呈下降趋势。上述的结果为HBAR的优化设计提供了相应的理论依据。根据我们对K_(eff)~2的研究,Q_M与K_(eff)~2的变化规律往往是相悖的,因此在设计HBAR时要在这两者作适当的权衡。

关于高频压电石英振子动态量对机械品质因数影响的分析

对１００ＭＨｚ矩形电极的高频石英振子的动态电阻和动态电容进行了测定，分析了影响石英振子机械品质因数Ｑ值的有关因素。

高次谐波体声波谐振器机械品质因数的谐振谱特性

高次谐波体声波谐振器(High-overtone Bulk Acoustic Resonator,HBAR)是由基底、压电薄膜及上下电极所组成的器件,它具有高的品质因数Q和多模谐振频谱特性.从给出HBAR的谐振谱出发,以各层的结构(厚度)和材料特性(特性阻抗和机械衰减因子)为参数,系统研究了机械品质因数Q_M的谐振谱特性。Q_M随基底或压电薄膜的厚度变化表现为一系列对应不同阶数的曲线。在给定频率下,Q_M随基底厚度的增加振荡上升,且最终趋于基底材料的机械品质因数,而其随压电薄膜厚度的增加呈波浪式下降。对于给定结构的HBAR,QM随频率(阶数)的增加呈波浪式下降。此外,考虑电极的厚度对Q_M的变化规律影响不大。为了获得较大的Q_M,应选择Al/AlN/Al/Sapphire或YAG结构的HBAR,且基底要较厚,压电薄膜和电极厚度要适中。

高机械品质因数压电陶瓷材料的研究进展及应用

本文从压电陶瓷的物理机理、机械品质因数Qm及其影响因素如晶粒尺寸、晶格常数、畴壁运动、空间电荷等方面详细阐述了高Qm压电陶瓷材料研究的理论基础,随后介绍了高Qm压电陶瓷材料的几种体系及其研究现状。指出了掺杂改性、探索新体系和新工艺是提高压电陶瓷材料高Qm的有效途径,并对高Qm压电陶瓷器件进行了简单介绍。

基于机械品质因数的全波压电超声换能器设计

针对全波压电超声换能器常规设计方法存在的尺寸参数较多、计算较复杂等问题,研究了一种利用机械品质因数设计全波压电超声换能器的方法。基于压电超声理论推导了全波压电超声换能器的频率方程,利用电学理论推导了全波压电超声换能器各组成部分的等效电路,利用等效电路求取了在任意等效截面处的等效机械阻抗,进而推导出全波压电超声换能器各部分尺寸参数与其机械品质因数的关系式。利用机械品质因数及频率方程的等高线图,对全波压电超声换能器各部分尺寸进行了设计计算。利用ANSYS对该尺寸全波压电超声换能器的谐振频率进行了仿真分析,结果表明所设计的全波压电超声换能器的谐振频率具有较高的精度,满足工程应用的要求。

高次谐波体声波谐振器机械品质因数的测量

高次谐波体声波谐振器(HBAR)具有高的机械品质因数(Q_M)和多模谐振谱特性,其在频率控制系统中具有重要应用。对制备的Al/Zn O/Au/Sapphire结构HBAR器件进行了Q_M的测定,从实际的测试系统出发,给出了它的等效电路,通过一系列分析处理得到了Q_M随频率的变化曲线。结果表明,Q_M随频率增加逐渐减小。

硬性BSPT基高温压电陶瓷温度稳定性研究

采用固相合成法在1125~1175℃烧结范围内制备了0.15BiScO_(3)-0.85(Pb_(0.88)Bi_(0.08))(Ti^(0.97)Mn_(0.03))O_(3)(BSPT-Mn)高温压电陶瓷。所有样品均为纯相,晶粒尺寸分布符合正态规律,掺杂元素均匀,未发现明显的富集现象。研究表明,在1150℃烧结制备的BSPT-Mn高温压电陶瓷的最大机械品质因数为1500.3,在484.4℃温度下压电常数为289.8 pC/N,压电性能良好。

电机轴向振动机械因素的分析

文章对引起电机轴向振动的机械因素进行了分析，并提出了改进措施，可供参考。

石英玻璃的机械振动能量损耗特性

为研究石英玻璃的机械振动能量损耗特性,以石英半球谐振子为实验对象,考察了铣磨、抛光、刻蚀和退火对石英玻璃机械振动能量损耗大小的影响,并分析了其作用机理。研究结果表明:对于采用机械加工成型的石英玻璃,表面损耗占主导作用,亚表面损伤是造成表面损耗的主要原因;退火可以消除机械应力,降低石英玻璃的“假想温度”,改善石英玻璃的结构稳定性,减小本征损耗。

高品质因数恒弹性合金Ni40Cr4Ti2MoNb的研制

通过研究热处理制度、加工工艺、化学成分等方面对Ni40Cr4Ti2MoNb合金的力学性能、机械品质因数Q、弹性模量E的影响,探索一种高机械品质因数恒弹性合金生产工艺。通过实验研究分析发现,时效处理能显著提升材料力学性能,且冷加工工艺对改变Q值起主导作用。同时,w(Mo)%的变化对Q和E,特别是E的影响并不明显。研究表明,w(Mo)%为1.84%的3号试样经过40%冷加工变形和650℃×3 h时效处理后,Q值为46866,抗拉强度1366 MPa,弹性模量E为186.9 GPa,综合性能较好,达到期望的高品质因数恒弹合金要求。

磁电机械天线的阻抗特性分析

机械天线被认为是目前能够实现甚低频和超低频天线小型化的新方案.本文针对1-1型和2-1型磁电机械天线的阻抗特性进行系统研究.基于天线振子的阻抗曲线和修正的Butterworth-van Dyke模型,分别获得阻抗最小频率f_(m)、串联谐振频率f_(s)以及谐振频率f_(r).在此基础上,本文通过实验分析了驱动电压、偏置磁场和机械品质因数(Q值)对磁电机械天线阻抗特性的影响规律,并结合磁电机械天线的实际工作频率f_(d),获得了1-1型和2-1型磁电机械天线的电阻和电抗分量.实验结果表明:无论是1-1型还是2-1型磁电机械天线,其电抗分量均小于100Ω,基本可以看成一个纯阻性振子.但是高Q值的磁电机械天线非线性效应强,且自身阻抗相对较小,难以支持高驱动电压的加载,辐射能力有限.本文对磁电机械天线的设计优化,特别是在认识其阻抗特性的基础上进行Q值选择,为下一代高辐射性能天线振子的设计提供了重要数据参考.

高Q_m、低损耗压电陶瓷材料的研究

本文对Pb[(Mn_(1/3)Sb_(2/3))_x(Co_(1/3)Sb_(2/3))_yTi_zZr_w]O_3四元素和以CeO_2掺杂的Pb_aSr_(1-a)[(Mn_(1/3)Sb_(2/3))_xTi_yZr_z]O_3三元系压电陶瓷进行了研究.该材料具有高机械品质因数、低介电损耗、高居里点、高机械强度、烧结范围宽、工艺重复性好等特点.这两种材料在驻波超声马达中得到了应用.

锆钛酸铅厚膜驱动高机械品质因数微悬臂梁的制作与性能(英文)

采用溶胶-凝胶法与体硅微加工相结合的技术制作了2.5mm厚锆钛酸铅(Lead zirconate titanate,PZT)厚膜驱动的微悬臂梁。测试结果表明:该微悬臂梁的第一阶谐振频率约为199.63kHz,与理论计算结果非常吻合;在大气压强下测得的机械品质因数(Q值)可高达799。通过能量损耗机制分析认为:该PZT厚膜比薄膜有效弹性模量更大并且具有趋向于"硬"性压电材料的性质,因此有利于微悬臂梁Q值的增强。

穿单孔宽带夹心式换能器

目的研究一种新型结构的宽频带换能器。方法采用一维设计理论,得到换能器的机械品质因数和带宽的表达。结果穿孔的几何尺寸与换能器的带宽有直接的关系。穿一定大小的孔可以拓宽换能器的频带,且随着开孔尺寸的增大频带随之拓宽,但并不是穿孔尺寸越大,频带就越宽,孔穿大到一定尺寸后,频带反而会变窄。结论在电导频响曲线上拓宽了换能器的频带,实验结果与理论计算相符。

超声振动系统f_s和Q_m的实验测定及对比研究

以整个超声振动系统为研究对象,根据力电类比原理,利用计算机辅助测量导纳圆。基于导纳圆求得不同工况下振动系统的谐振频率fs和机械品质因数Qm。对比研究其变化规律并对其变化原因进行定性分析。研究表明,fs、Qm随工具杆工作深度的增加而普遍降低;负载温度越高,fs、Qm下降越明显;负载粘度增大,fs、Qm均有不同程度的降低;负载横截面积增大,fs略有提高,而对Qm的影响相对较小。在此基础上,同时考虑生产条件及加工要求,确定振动系统与超声波发生器的最佳电端匹配,对铝合金超声铸造具有一定的参考价值。

Sr(Cu_(1/2)W_(1/2))_O_3改性PZT压电陶瓷的性能研究

制备了钨铜酸锶掺杂PZT三元体系压电陶瓷,测量了不同烧结温度和不同组成的材料的压电常数值,以压电常数为依据,确定了不同组成的材料的最优烧结温度及在最优烧结温度下材料的压电常数。研究了钨铜酸锶的掺杂量对材料机电耦合系数和机械品质因数的影响。并对不同组成的材料进行了XRD和SEM分析,研究了材料的物相组成和微观结构对材料性能的影响。讨论了Sr2+,W6+,Cu2+离子对PZT压电陶瓷进行改性的作用机理。实验结果表明,钨铜酸锶可对PZT材料进行较好的改性作用,使材料的压电常数提高到570pC/N。

PMN-PZN-PZT四元系压电陶瓷材料的研究

采用传统的氧化物混合烧结工艺制备了Pb(Mn1/3Nb2/3)x(Zn1/3Nb2/3)y(ZrzTi1z)1xyO3四元系压电陶瓷材料。研究了成分及预烧温度对该四元系材料组织结构与性能的影响规律。研究结果表明:随着Pb(Mn1/3Nb2/3)O3含量的增多,陶瓷的相结构由四方相转变为三方相,准同型相界位于0.025 PMN～0.075 PMN之间,且Pb(Mn1/3Nb2/3)O3增加至7.5 %(摩尔分数),可以同时提高机电耦合系数kp和机械品质因数Qm,使kp达到0.575,Qm达到1 621;提高预烧温度可以改善陶瓷的烧结特性,同时可以改善陶瓷的介电、压电性能。