微機(jī)械壓電超聲換能器的力電性能研究.pdf

1、本文研究的是基于應(yīng)變梯度理論的微機(jī)械壓電超聲換能器壓電薄膜的靜態(tài)應(yīng)變。壓電超聲換能器是目前應(yīng)用很廣泛的一種換能器,例如醫(yī)學(xué)成像、遠(yuǎn)距離遙控測量、交通監(jiān)測、機(jī)器人成像信息采集等等。傳統(tǒng)的換能器受制于其尺寸,要批量生產(chǎn)成二維的換能器陣,一方面成本會(huì)很高,另一反面會(huì)使換能器陣極為笨重。相比之下,微機(jī)械壓電超聲換能器體積小、重量輕、慣性小、響應(yīng)時(shí)間短,具有常規(guī)尺寸換能器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
　　 我們研究的微機(jī)械壓電超聲換能器由彈性層、壓電

2、層、上下電極層構(gòu)成。換能器厚度達(dá)到了微米級別,在研究薄膜應(yīng)變時(shí)要應(yīng)用應(yīng)變梯度理論。在本文中我們采用的是CS應(yīng)變梯度理論,即偶應(yīng)力理論。壓電層在外加電場激勵(lì)下,由于壓電效應(yīng),薄膜發(fā)生彎曲。在強(qiáng)電場作用下,壓電材料的電致伸縮性必須要加入考慮,并且電致伸縮性與電場強(qiáng)度的偶數(shù)次方成正比。為了優(yōu)化換能器的工作性能,分析薄膜的靜態(tài)應(yīng)變很有參考價(jià)值。研究顯示,上電極層直徑與壓電層直徑的最優(yōu)比率在0.673左右,并且這個(gè)最優(yōu)比率是客觀存在的,與壓電材料