多次壓電效應(yīng)探析及在傳感執(zhí)行器上的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本項(xiàng)目由教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金資助，項(xiàng)目名稱(chēng)為“機(jī)電耦合多次感生效應(yīng)探析及在傳感執(zhí)行器上的應(yīng)用”(項(xiàng)目編號(hào)：20010141006)。自從1880年Curie兄弟在石英晶體上發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來(lái)，壓電效應(yīng)已由基于應(yīng)力的縱向、橫向、剪切效應(yīng)等二維效應(yīng)發(fā)展到基于變形的拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等三維復(fù)合效應(yīng)。以上壓電效應(yīng)均屬于一次壓電效應(yīng)領(lǐng)域。由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展和工程實(shí)際需要，隨著多次壓電效應(yīng)的感生電場(chǎng)和感生應(yīng)變?cè)絹?lái)越微小化，需要進(jìn)一步對(duì)

2、多次壓電效應(yīng)的理論與應(yīng)用進(jìn)行研究。孫寶元教授于1999年首次提出多次壓電效應(yīng)概念。國(guó)內(nèi)外同類(lèi)文獻(xiàn)檢索中，只有少量有關(guān)二次壓電效應(yīng)理論的研究，尚無(wú)二次壓電效應(yīng)的應(yīng)用以及二次以上壓電效應(yīng)理論與應(yīng)用研究的報(bào)導(dǎo)。 本文分析了一次、二次以及多次壓電效應(yīng)與壓電體機(jī)械與電學(xué)邊界條件的關(guān)系。多次壓電效應(yīng)產(chǎn)生的前提是滿(mǎn)足相應(yīng)邊界條件。將壓電材料看成一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，分析了三種能量、四種能量以及六種能量之間主效應(yīng)與交叉耦合效應(yīng)間的線性關(guān)系。分析了機(jī)電

3、耦合(壓電)效應(yīng)與電磁效應(yīng)的相似性，說(shuō)明壓電效應(yīng)與電磁效應(yīng)都具有雙向可逆效應(yīng)，都存在著二次、三次…等多次感生效應(yīng)。文中進(jìn)行了從一次正、一次逆壓電效應(yīng)開(kāi)始的多次壓電效應(yīng)的理論研究，建立了多次壓電效應(yīng)的解析表達(dá)式，同時(shí)分析了多次壓電效應(yīng)對(duì)壓電體介電系數(shù)、等效電容、彈性系數(shù)、泊松比、壓電系數(shù)的影響規(guī)律。 本文使用壓電石英和PZT-5壓電陶瓷的疊堆形式，進(jìn)行了從正壓電效應(yīng)開(kāi)始的一次正、二次逆、三次正壓電效應(yīng)以及從逆壓電效應(yīng)開(kāi)始的一次逆、

4、二次正、三次逆壓電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了多次壓電效應(yīng)的存在。文中進(jìn)行了多次壓電效應(yīng)在傳感執(zhí)行器上的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。探討了一次正壓電效應(yīng)開(kāi)始的二次逆壓電效應(yīng)的應(yīng)用。提出了應(yīng)用二次逆壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)微驅(qū)動(dòng)裝置的方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。提出了利用一次正、二次逆壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)“可作動(dòng)傳感器”的方案及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。探討了一次逆壓電效應(yīng)開(kāi)始的二次正壓電效應(yīng)的應(yīng)用。提出利用一次逆、二次正壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)“自感知執(zhí)行器”的方案及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。 由于多次壓電