FBAR有效机电耦合系数的影响因素分析 被引量：2

1

作者 赵坤丽 高杨 韩超 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期202-206,共5页

针对有效机电耦合系数(k2eff)的两种影响因素-薄膜体声波谐振器(FBAR)的电极/压电层厚度比与压电层薄膜的c轴取向,分别建立了厚度比可变与c轴取向可变的三层复合结构的FBAR三维仿真模型。以一个谐振频率为2.185GHz的FBAR谐振器作为分析... 针对有效机电耦合系数(k2eff)的两种影响因素-薄膜体声波谐振器(FBAR)的电极/压电层厚度比与压电层薄膜的c轴取向,分别建立了厚度比可变与c轴取向可变的三层复合结构的FBAR三维仿真模型。以一个谐振频率为2.185GHz的FBAR谐振器作为分析案例,通过仿真得出,设计得到的膜层厚度比为0.206时,虽然FBAR的k2eff略有下降,但此时Mo电极厚为0.247μm,AlN压电层厚为1.119 7μm,使得FBAR电学性能较好,工艺制备复杂度及时间降低。另外,c轴倾斜角度为3°时,会使FBAR的k2eff下降,同时FBAR阻抗特性曲线产生较强的寄生谐振,这会引起FBAR横向能量泄露,恶化FBAR滤波器的带内插损。因此,在制备AlN薄膜时应该严格把握各项工艺参数。此外,通过适当放宽FBAR谐振器谐振频率增量能使k2eff具有一定冗余量来弥补工艺制备引起的k2eff下降。 展开更多

关键词 薄膜体声波谐振器(FBAR) 有效机电耦合系数 厚度比 C轴取向 寄生谐振 横向能量泄漏

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负电容压电阻尼振动系统控制器参数研究 被引量：1

2

作者 马小陆 王涛 王兵 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第9期44-46,共3页

实验中发现负电容电路参数对负电容压电阻尼振动系统的振动幅值的衰减影响很大,推导了负电容压电阻尼振动系统的振动幅值随负电容电路参数的变化关系,并进行了仿真和实验研究,理论仿真和实验结果表明:负电容值越接近于压电片的固有电容... 实验中发现负电容电路参数对负电容压电阻尼振动系统的振动幅值的衰减影响很大,推导了负电容压电阻尼振动系统的振动幅值随负电容电路参数的变化关系,并进行了仿真和实验研究,理论仿真和实验结果表明:负电容值越接近于压电片的固有电容,压电阻尼控制系统的衰减性能越好,串联电阻越小,压电阻尼控制系统的衰减性能越好。 展开更多

关键词 负电容 机电耦合系数 振动控制

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一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性研究 被引量：7

3

作者 林书玉 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期34-39,共6页

研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在... 研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在此基础上,利用换能器径向力及径向振动速度的连续条件,得出了压电陶瓷径向复合超声换能器机电等效电路及其共振频率方程.分析了换能器的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径保持一定情况下,换能器半径比增大时,共振及反共振频率随之增大.对于换能器第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随半径比增大单调增大,而第二阶径向振动有效机电耦合系数随半径比增大单调减小. 展开更多

关键词 径向振动 复合超声换能器 机电等效电路 共振及反共振频率 有效机电耦合系数

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基于二氧化钒的可重构声表面波谐振器

4

作者 宫傲 何伟 +3 位作者 郭乙龙 白焱 黄秋钦 黄文 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期203-208,共6页

仿真设计了一款新颖的可重构声表面波(SAW)谐振器。该设计将相变材料二氧化钒(VO_(2))与谐振器集成在同一芯片上,实现了紧凑的可重构谐振器。利用VO_(2)的相变特性,以VO_(2)替代SAW谐振器的部分电极。通过温度控制SAW谐振器中VO_(2)电... 仿真设计了一款新颖的可重构声表面波(SAW)谐振器。该设计将相变材料二氧化钒(VO_(2))与谐振器集成在同一芯片上,实现了紧凑的可重构谐振器。利用VO_(2)的相变特性,以VO_(2)替代SAW谐振器的部分电极。通过温度控制SAW谐振器中VO_(2)电极的工作状态,实现SAW谐振器频率在两种不同状态之间的调谐。设计的电极宽度为1.15μm(理论波长λ为4.6μm)的可重构谐振器,仿真结果显示其频率可在472 MHz和774 MHz两种状态下进行调谐,机电耦合系数分别为7.1%和5.6%,同时调谐范围高达302 MHz。为使设计的可重构谐振器具有更优的性能,对可重构谐振器的电极厚度进行参数化仿真,当电极厚度为0.12λ时,SAW谐振器的机电耦合系数最高,为后续可重构SAW滤波器提供了更大的带宽。同时还提出了基于VO_(2)的可重构SAW谐振器的工艺流程思路,这为设计应用于实际提供了指导。 展开更多

关键词 声表面波谐振器 二氧化钒 频率调谐 电极厚度 机电耦合系数

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主-被动方法优化负电容压电阻尼振动系统电路参数 被引量：1

5

作者 马小陆 胡兴柳 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期830-834,共5页

针对负电容压电阻尼振动系统中负电容电路参数对振动幅值影响较大且不能适应外界环境变化而自动进行调节的问题,提出了一种主-被动方法,该方法将负电容电路参数调节问题转化到主动控制算法中.首先,针对压电等效电路特点,推导了主-被动... 针对负电容压电阻尼振动系统中负电容电路参数对振动幅值影响较大且不能适应外界环境变化而自动进行调节的问题,提出了一种主-被动方法,该方法将负电容电路参数调节问题转化到主动控制算法中.首先,针对压电等效电路特点,推导了主-被动方法原理.依据折半搜索算法的思想,阐述了主动控制器参数调节流程.最后,基于dSPACE1104在线仿真系统,使用压电和模拟电路元件,建立了四边固定的压电合金板主-被动振动控制实验平台,对提出的主-被动方法进行了实验研究.实验结果表明:提出的方法能够让负电容控制器的电路参数达到最优,且控制效果在同等条件下优于单独的主动控制或被动控制方法. 展开更多

关键词 负电容 机电耦合系数 主-被动方法 振动控制

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压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的径向振动 被引量：2

6

作者 林书玉 《声学技术》 CSCD 北大核心 2008年第4期605-611,共7页

对由压电陶瓷圆环与金属圆环组成的复合振动系统的径向振动特性进行了研究。首先分析了压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动,推出了其各自的机电等效电路。在此基础上,得出了压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的机电等效电路及其共振频... 对由压电陶瓷圆环与金属圆环组成的复合振动系统的径向振动特性进行了研究。首先分析了压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动,推出了其各自的机电等效电路。在此基础上,得出了压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了系统的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系。研究表明,当复合振动系统的壁厚比增大时,其共振及反共振频率升高。对于换能器的第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大而单调减小;对于换能器的第二阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大会出现一个极大值,而且,在一定的壁厚比范围内,换能器第二阶径向振动的有效机电耦合系数大于第一阶径向振动的有效机电耦合系数,这一规律与传统的有关压电换能器的分析理论及结果是有所不同的。 展开更多

关键词 径向振动 复合振动系统 机电等效电路 共振及反共振频率 有效机电耦合系数

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1-1-3型压电复合材料的振动模态研究 被引量：5

7

作者 米徐慧 秦雷 廖擎玮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期223-228,共6页

对1-1-3型压电复合材料进行了振动形态的分析。1-1-3型压电复合材料选用PZT-5H、硅橡胶和环氧树脂制备而成。从制备的两组样品的实验证明该复合元件相比传统的1-3型压电复合材料具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗。通过PSV-400型激... 对1-1-3型压电复合材料进行了振动形态的分析。1-1-3型压电复合材料选用PZT-5H、硅橡胶和环氧树脂制备而成。从制备的两组样品的实验证明该复合元件相比传统的1-3型压电复合材料具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗。通过PSV-400型激光测振仪测量其振动形态,发现其中压电陶瓷柱的振动为主动振动,模态为电场平行于长度方向的纵向伸缩模态。该结构的复合元件充分发挥了压电柱本身的压电性能,进而提高了整个元件的压电性能,使得该复合元件更适合应用于水声换能器。 展开更多

关键词 1-1-3型复合材料 振动模态 机电耦合系数

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振动真空方法对水泥基压电复合材料性能提高表征测试 被引量：2

8

作者 丁绍华 马永力 《中国测试》 CAS 北大核心 2019年第3期30-35,共6页

为改善水泥基压电复合材料的密实度,提高材料性能和耐久性,该文提出一种基于振动真空共同作用的方法,制备水泥基压电复合材料,设置两组对照试验。以普通硅酸盐水泥为基体,以锆钛酸铅压电陶瓷PZT为功能体,用振动真空和纯真空方法结合切割... 为改善水泥基压电复合材料的密实度,提高材料性能和耐久性,该文提出一种基于振动真空共同作用的方法,制备水泥基压电复合材料,设置两组对照试验。以普通硅酸盐水泥为基体,以锆钛酸铅压电陶瓷PZT为功能体,用振动真空和纯真空方法结合切割-填充法制备出1-3型、2-2型PZT/水泥基压电复合材料.研究分析振动真空和纯真空下水泥基压电复合材料的压电性、介电性和机电耦合性能的变化规律。结果表明:采用振动真空方法所得到的试件,其压电应变常数d_(33)和相对介电常数ε_γ比纯真空方法得到的结果相对偏大,而相对应的压电电压常数g_(33)则偏小,压电性能更好。振动真空方法得到的试件,其串联谐振频率f_s和并联谐振频率f_p较纯真空方法得到的试件要更小,而K_p、K_t和Q_m的值都稍微更大,机电耦合性能更好。 展开更多

关键词 水泥基压电复合材料 振动真空 压电性能 介电性能 机电耦合系数

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铁电驻极体同轴线缆传感器力电性能分析

9

作者 相新昊 张晓青 +2 位作者 贺鹏飞 戴瑛 牛文鑫 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期604-604,共1页

目的铁电驻极体同轴线缆传感器(FCS)为同轴结构,从内到外依次为芯电极、铁电驻极体层、屏蔽及接地电极层以及外护套,具有柔性、灵敏度高、自屏蔽特性,制备成本低,已被广泛应用于康复治疗、运动健康监测、生物信息监测等生物医学工程领... 目的铁电驻极体同轴线缆传感器(FCS)为同轴结构,从内到外依次为芯电极、铁电驻极体层、屏蔽及接地电极层以及外护套,具有柔性、灵敏度高、自屏蔽特性,制备成本低,已被广泛应用于康复治疗、运动健康监测、生物信息监测等生物医学工程领域。目前,针对FCS的理论研究十分匮乏,制约了FCS的优化设计。方法考虑直接测量FCS中屏蔽及接地电极和外护套的径向模量非常困难,基于压电方程建立了FCS在准静态径向压缩模式下的压电响应模型,结合实验测量结果,给出了上述两层材料径向模量的确定方法,并利用试验验证了理论模型和材料参数的准确性。考虑FCS的逆压电效应,建立了FCS在径向振动时的等效电路模型,获得了FCS的等效电路图,并通过了试验验证。进一步,根据等效电路图推导了FCS的谐振频率方程与反谐振频率求解方程,探究了几何尺寸对FCS的谐振频率、反谐振频率和有效机电耦合系数keff的影响。结果屏蔽及接地电极和护套层的等效模量分别为40、35 MPa.并且,增加FCS结构尺寸会减小径向振动的谐振和反谐振频率。伴随芯电极半径的增大,keff系数在逐渐增大,而铁电驻极体层、屏蔽及接地电极、外护套厚度的增加会降低keff系数。结论建立了FCS在小压力范围的准静态和动态理论模型。 展开更多

关键词 逆压电效应 等效电路图 接地电极 有效机电耦合系数 径向振动 生物医学工程 外护套 等效电路模型

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LiCe掺杂对铋层材料K_(0.5)Bi_(2.5)Nb_2O_9的影响 被引量：6

10

作者 盖志刚 王矜奉 +7 位作者 苏文斌 赵明磊 王春明 杜鹃 郑立梅 王春雷 张家良 李吉超 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2008年第4期446-449,共4页

用传统固相烧结法获得了含A位空位的(KBi)0.5-x(LiCe)x/2 x/2Bi2Nb2O9(其中为A位[KBi]空位)系列铋层陶瓷,研究了A位LiCe掺杂替代对K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷性能的影响。LiCe掺杂改性明显提高了K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷的压电活性,(KBi)0.4... 用传统固相烧结法获得了含A位空位的(KBi)0.5-x(LiCe)x/2 x/2Bi2Nb2O9(其中为A位[KBi]空位)系列铋层陶瓷,研究了A位LiCe掺杂替代对K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷性能的影响。LiCe掺杂改性明显提高了K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷的压电活性,(KBi)0.44(LiCe)0.03 0.03Bi2Nb2O9陶瓷的压电系数d33、平面机电耦合系数kp和厚度振动机电耦合系数kt分别为31 pC/N、5%和22%。 展开更多

关键词 铋层结构铁电体 平面机电耦合系数 厚度振动机电耦合系数 压电系数

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声波测井压电振子的有限元分析 被引量：8

11

作者 吴金平 乔文孝 车小花 《应用声学》 CSCD 北大核心 2012年第2期86-92,共7页

压电振子是新一代方位声波测井仪器中相控圆弧阵声波辐射器的重要组成部分。利用有限元法对构成圆弧阵的压电振子进行了设计分析,结果显示了压电振子存在多阶弯曲振动模态,且长度方向一阶弯曲振动能够满足方位声波测井的工作频率要求。... 压电振子是新一代方位声波测井仪器中相控圆弧阵声波辐射器的重要组成部分。利用有限元法对构成圆弧阵的压电振子进行了设计分析,结果显示了压电振子存在多阶弯曲振动模态,且长度方向一阶弯曲振动能够满足方位声波测井的工作频率要求。针对长度方向一阶弯曲振动模式,数值模拟了几何尺寸对压电振子性能参数的影响。压电振子的谐振频率随着陶瓷片长度、基片或陶瓷片厚度的减小而降低;压电振子的辐射声功率随着陶瓷片长度或压电振子宽度的增加、基片或陶瓷片厚度的减小而增大;合理地选取长度和厚度可使压电振子具有较高的机电耦合系数。数值模拟结果可以对圆弧阵结构优化设计起到良好的指导作用。 展开更多

关键词 压电振子 振动模式 谐振频率 有效机电耦合系数

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基于有限元分析的石英晶体微天平电极结构优化设计 被引量：3

12

作者 蒋海峰 薄煜明 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期796-800,共5页

针对某些电极结构会破坏石英晶体微天平厚度切变振动模态单一性的问题,该文提出了基于有限元分析优化设计电极结构的方法。该方法直接对原始问题的机电耦合进行三维分析,计算出更加准确的设计参数。基于有限元分析软件ANSYS10.0对石英... 针对某些电极结构会破坏石英晶体微天平厚度切变振动模态单一性的问题,该文提出了基于有限元分析优化设计电极结构的方法。该方法直接对原始问题的机电耦合进行三维分析,计算出更加准确的设计参数。基于有限元分析软件ANSYS10.0对石英晶体微天平进行三维建模,验证了建模的正确性,并对不同电极结构尺寸进行仿真计算,对出现的耦合情况进行了分析,通过实验结果对比,提出较佳电极尺寸结构为厚度100 nm,半径3 mm;为解决金电极能陷效应不够理想的问题,提出在晶片上下表面筑平台的设计,有限元计算结果表明此设计能改善电极区的能陷效应,并且较佳平台高度为9.8μm。 展开更多

关键词 石英晶体微天平 厚度切变振动 机电耦合 电极结构 有限元 能陷

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书本式压电作动器的特性分析 被引量：4

13

作者 谢石林 张希农 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第1期112-115,共4页

在考虑粘接层影响的情形下 ,利用层合梁理论导出了柱形弯曲书本式压电作动器的作动力以及机电耦合系数的数学表达式 ,并通过数值仿真分析揭示了机电耦合系数与压电层层数、压电层厚度以及粘接层厚度间的关系。这些结果为书本式压电作动... 在考虑粘接层影响的情形下 ,利用层合梁理论导出了柱形弯曲书本式压电作动器的作动力以及机电耦合系数的数学表达式 ,并通过数值仿真分析揭示了机电耦合系数与压电层层数、压电层厚度以及粘接层厚度间的关系。这些结果为书本式压电作动器的结构综合优化设计提供了理论基础。 展开更多

关键词 结构振动控制 压电作动器 机电耦合系数 压电材料 弹性模量 粘接层

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基于拓扑优化的叶盘压电阻尼器性能研究 被引量：2

14

作者 李琳 田开元 +1 位作者 范雨 马皓晔 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1831-1840,共10页

针对压电分支阻尼技术在航空发动机叶盘结构振动抑制问题中的应用,提出了一种拓扑优化方法,可给出限定用量的压电材料在轮盘上的最佳位置,以提升压电分支阻尼的上限。在轮盘上布置压电材料还可防止对叶片通道内流场的影响,避免降低流体... 针对压电分支阻尼技术在航空发动机叶盘结构振动抑制问题中的应用,提出了一种拓扑优化方法,可给出限定用量的压电材料在轮盘上的最佳位置,以提升压电分支阻尼的上限。在轮盘上布置压电材料还可防止对叶片通道内流场的影响,避免降低流体效率。首先,论述了该拓扑优化方法的原理,推导了模态机电耦合系数这一核心参数的计算公式及其与最佳阻尼比、模态应变场的关系。其次,建立了基于模态应变场的压电材料分布拓扑优化方法,可用于任意有限元模型。最后,将该优化方法应用于一个航空发动机压气机叶盘结构模型,分别针对单一和多阶模态进行了压电材料在轮盘上分布的拓扑优化,研究这种铺设方式对各典型模态(轮盘主导、叶片主导、耦合振动)的振动抑制效果。结果表明,在仅采用占轮盘质量5%的压电材料的情况下,优化后的压电阻尼器最多可以为轮盘振动主导模态及叶片-轮盘耦合振动模态提供约13%的模态阻尼比,为叶片主导模态提供的模态阻尼比集中在2%~4%。 展开更多

关键词 压电分支阻尼 叶盘结构 振动抑制 机电耦合系数 拓扑优化

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一种新型级联式高强度功率超声压电陶瓷换能器 被引量：3

15

作者 林书玉 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期22-28,共7页

基于传统夹心式压电陶瓷换能器,提出了一种新型级联式高强度功率超声换能器。该换能器由多个半波长夹心式压电陶瓷换能器通过电端并联及机械端串联而成。基于一维理论,得出了换能器的六端机电等效电路,分析了换能器的电阻抗频率特性,并... 基于传统夹心式压电陶瓷换能器,提出了一种新型级联式高强度功率超声换能器。该换能器由多个半波长夹心式压电陶瓷换能器通过电端并联及机械端串联而成。基于一维理论,得出了换能器的六端机电等效电路,分析了换能器的电阻抗频率特性,并给出换能器的共振频率方程。研究了不同振动模态下,换能器的共振频率、反共振频率以及有效机电耦合系数与压电陶瓷晶堆间距的依赖关系。实验制造2个级联式功率超声换能器,并对其共振频率和有效机电耦合系数进行了测试,实验结果与理论分析相吻合。此类级联式高强度功率超声换能器可望在超声波液体处理、超声波加工等大功率超声技术中获得应用。 展开更多

关键词 级联式 超声换能器 有效机电耦合系数 共振频率 振动模态

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基于极点配置法的电磁分流阻尼优化设计 被引量：1

16

作者 李戈 毛崎波 +1 位作者 王永 谢冉 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2022年第6期19-23,65,共6页

使用极点配置法解决了机电耦合系数大于等于2时,H2优化以及定点理论不能用于电磁分流阻尼(electromagnetic shunt damper,EMSD)参数优化设计的问题,从而实现结构振动控制。得到了经极点配置法优化的最优调谐比、阻尼比等无量纲参数的解... 使用极点配置法解决了机电耦合系数大于等于2时,H2优化以及定点理论不能用于电磁分流阻尼(electromagnetic shunt damper,EMSD)参数优化设计的问题,从而实现结构振动控制。得到了经极点配置法优化的最优调谐比、阻尼比等无量纲参数的解析解。数值计算结果表明:极点配置法能用于解决当机电耦合系数取大数值时,EMSD分流电路的优化设计问题;在时域上,极点配置法对应的衰减系数分别大于基于H∞、H2优化的主导极点决定的衰减系数76.96%、282.47%,从而使得系统暂态分量衰减最快;极点配置法具有良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 振动与波 极点配置法 结构振动控制 机电耦合系数 电磁分流阻尼 鲁棒性

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