面內(nèi)扭轉(zhuǎn)壓電圓片諧振器及其在液體粘度測(cè)量中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，壓電扭轉(zhuǎn)諧振器在精密傳感器和先進(jìn)致動(dòng)器領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，如超聲馬達(dá)、壓電泵、光學(xué)掃描器、粘度計(jì)和能量回收裝置等?，F(xiàn)有的壓電扭轉(zhuǎn)諧振器結(jié)構(gòu)上絕大多數(shù)是細(xì)長(zhǎng)圓柱型的，產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波沿著長(zhǎng)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(zhuǎn)諧振器，其可以有效產(chǎn)生沿徑向傳播的面內(nèi)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工便捷、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)本文進(jìn)一步探索這種圓片扭轉(zhuǎn)諧振器在液體粘度測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用，鑒于其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可

2、實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，有望成為便攜式粘度計(jì)領(lǐng)域的有力競(jìng)爭(zhēng)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(dǎo)其靜態(tài)扭轉(zhuǎn)位移和扭轉(zhuǎn)角，研究螺旋角α和等距螺旋線的起始半徑b值對(duì)其扭轉(zhuǎn)位移輸出特性的影響，推導(dǎo)其振動(dòng)的特征方程，建立動(dòng)態(tài)等效電路模型。然后探究復(fù)雜極化情況下有限元壓電耦合分析方法，仿真研究電場(chǎng)的不一致分布特性、靜態(tài)扭轉(zhuǎn)位移特性和諧響應(yīng)特性，并實(shí)際制作

3、螺旋電極式壓電諧振器，進(jìn)行電學(xué)導(dǎo)納和多普勒測(cè)試，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果做對(duì)比。最后研究基于阻抗分析的粘度測(cè)量方法，制作粘度計(jì)原型機(jī)，在甘油水溶液中測(cè)試對(duì)粘度計(jì)進(jìn)行了穩(wěn)定性和線性度測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lì)，測(cè)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(zhuǎn)角分別為0.00458°和0.00605°，多普勒測(cè)振儀掃頻測(cè)得一階扭轉(zhuǎn)諧振頻率分別是86.0 kHz和84.4