径向振动压电陶瓷薄圆盘振子的机电等效电路与共振频率研究 被引量：5

1

作者 林书玉 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2006年第1期27-31,共5页

对轴向极化压电陶瓷薄圆盘振子径向振动进行了理论和实验研究.推出了其机电等效电路,得出了振子共振和反共振频率方程,探讨了振子共振和反共振频率与材料参数之间的依赖关系,给出了压电陶瓷薄圆盘振子的共振及反共振频率与其泊松系数之... 对轴向极化压电陶瓷薄圆盘振子径向振动进行了理论和实验研究.推出了其机电等效电路,得出了振子共振和反共振频率方程,探讨了振子共振和反共振频率与材料参数之间的依赖关系,给出了压电陶瓷薄圆盘振子的共振及反共振频率与其泊松系数之间的解析关系.实验结果与理论计算符合较好. 展开更多

关键词 压电陶瓷薄圆盘 径向振动 共振频率 机电等效电路

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超声波电机夹心式定子结构含损耗机电等效电路建模与分析 被引量：2

2

作者 董晓霄 黄肖肖 +1 位作者 夏博 袁越 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第22期5756-5764,共9页

Langevin夹心式结构被广泛应用于超声波电机定子结构设计中,其压电振子工作于厚度方向振动模态,现有等效电路模型由于没有充分考虑压电振子固有损耗特性,因此无法实现对机械品质因数的准确评估。为此,该文首先建立压电振子含三类损耗的... Langevin夹心式结构被广泛应用于超声波电机定子结构设计中,其压电振子工作于厚度方向振动模态,现有等效电路模型由于没有充分考虑压电振子固有损耗特性,因此无法实现对机械品质因数的准确评估。为此,该文首先建立压电振子含三类损耗的解耦机电等效电路模型,研究压电振子三类固有损耗对机械品质因数的影响规律;再进一步建立Langevin夹心式结构的机电等效电路模型,分析材料特性参数和结构参数对于共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数等关键性能指标的影响。最后制作Langevin夹心式结构性样机,并分别对其阻抗-频率特性和振动特性进行测试,通过实验结论证实理论模型的准确性。该研究通过揭示压电振子固有损耗对其输出特性的差异性影响规律,为设计具有高机械品质因数的振子结构,并进一步开发高性能超声波电机提供理论支撑。 展开更多

关键词 超声波电机 Langevin结构 机电等效电路 损耗

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径向扭转复合型超声换能器等效电路研究 被引量：1

3

作者 曹辉 叶发根 +1 位作者 林书玉 郭建中 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期34-38,共5页

对径向扭转复合型超声换能器进行了研究.从波动方程出发,不考虑径向扭转振动耦合,推导了换能器中径向振动及扭转振动模式的各自机电等效电路.在此基础上,得出了换能器空载时共振频率方程及其共振频率的表达式,并用有限元方法对此换能器... 对径向扭转复合型超声换能器进行了研究.从波动方程出发,不考虑径向扭转振动耦合,推导了换能器中径向振动及扭转振动模式的各自机电等效电路.在此基础上,得出了换能器空载时共振频率方程及其共振频率的表达式,并用有限元方法对此换能器进行了计算机仿真实验.结果表明:等效电路计算的换能器径向及扭转共振频率的理论计算值与计算机仿真值一致. 展开更多

关键词 超声换能器 径向扭转复合 机电等效电路 共振频率

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斜槽式超声传振杆的纵弯复合振动及其等效电路 被引量：1

4

作者 许龙 陈一博 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期49-57,共9页

基于棒的横振动方程和力电类比原理推导了均匀细棒弯曲振动的等效电路,通过引入纵向与弯曲振动之间的机械转换系数,建立了斜槽式超声传振杆纵弯复合振动的机电等效电路并推导其共振频率方程。通过等效电路法和有限元仿真分析了不同倾角... 基于棒的横振动方程和力电类比原理推导了均匀细棒弯曲振动的等效电路,通过引入纵向与弯曲振动之间的机械转换系数,建立了斜槽式超声传振杆纵弯复合振动的机电等效电路并推导其共振频率方程。通过等效电路法和有限元仿真分析了不同倾角斜槽超声传振杆的纵弯复合振动共振频率。结果表明:随着斜槽倾角的增加,理论和仿真计算所得共振频率的偏差逐渐增大,在斜槽倾角大于30°时,二者的相对误差达10%以上。通过有限元仿真分析了斜槽的位置、间距、长度和倾斜角度对斜槽式超声传振杆纵弯复合振动特性的影响,发现斜槽在距左端面38.5 mm、两斜槽间距10 mm时斜槽式超声传振杆具有最佳的纵弯复合振动模态,随斜槽长度和倾角的增加斜槽式超声传振杆的共振频率不断减小,输出端横向与纵向位移之比不断增大。利用激光测振仪测试了斜槽式传振杆纵弯复合振动模态下横向与纵向振动位移,实验测试结果与仿真计算结果一致。 展开更多

关键词 纵弯复合振动 斜槽 机电等效电路

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同向振动L-L振动方向变换器的等效电路

5

作者 常燕 许龙 +2 位作者 郑慧峰 周锦程 戴会利 《应用声学》 CSCD 北大核心 2017年第1期81-87,共7页

基于表观弹性法和机电类比原理,推导了L-L振动方向变换器正交复合振动系统的机电等效电路及谐振频率方程。分别利用等效电路法、波动方程法,通过有限元法计算并结合实验测试分析了变换器同向振动的共振频率与其纵向及横向尺寸的变化规... 基于表观弹性法和机电类比原理,推导了L-L振动方向变换器正交复合振动系统的机电等效电路及谐振频率方程。分别利用等效电路法、波动方程法,通过有限元法计算并结合实验测试分析了变换器同向振动的共振频率与其纵向及横向尺寸的变化规律。研究表明,变换器做同向振动时的共振频率随其纵向尺寸的增加而减小,随其横向尺寸的增加而增大;比较三种方法计算结果可知,本文给出的等效电路模型计算结果和有限元仿真结果均与实验测试结果相吻合,为该类超声振动系统的设计提供较为精确的设计理论。 展开更多

关键词 振动方向变换器 同向振动 机电等效电路 谐振频率

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一种扭转振动复合换能器等效电路的研究 被引量：1

6

作者 叶发根 曹辉 林书玉 《西北大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期34-38,共5页

目的对一种扭转振动复合超声换能器进行研究。方法仿真建模,有限元分析法。结论建立了此换能器机电类比等效电路模型,推导了此换能器的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式;分析了换能器的共振频率与其几何尺寸之间的关系,对... 目的对一种扭转振动复合超声换能器进行研究。方法仿真建模,有限元分析法。结论建立了此换能器机电类比等效电路模型,推导了此换能器的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式;分析了换能器的共振频率与其几何尺寸之间的关系,对该换能器的扭转振动模态进行了分析。结果换能器的共振频率在其他尺寸不变时随着外环金属薄圆环的半径增大而降低,随着内环金属薄圆环的内半径减小而降低。 展开更多

关键词 超声换能器 扭转振动 机电等效电路 共振频率

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大功率超声电机Langevin定子结构电-振-热双向耦合损耗建模与分析

7

作者 李响 丁远 +1 位作者 芦小龙 姚志远 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第9期3655-3666,I0032,共13页

大功率超声电机普遍采用夹心式Langevin定子结构设计,其在高频高压激励下产生复杂的电-振-热双向耦合动力学,给其损耗机理的分析与温升的快速精准预测带来挑战。基于“路”的观点,构建夹心式Langevin定子结构的电-振-热双向耦合阻抗型... 大功率超声电机普遍采用夹心式Langevin定子结构设计,其在高频高压激励下产生复杂的电-振-热双向耦合动力学,给其损耗机理的分析与温升的快速精准预测带来挑战。基于“路”的观点,构建夹心式Langevin定子结构的电-振-热双向耦合阻抗型机电等效电路及其热网络拓扑,通过各阻抗参数的温度依赖性与机电等效电路固有的机电耦合特性,表征电气支路与机械支路以及热网络3者之间的双向耦合关系,进而建立其电-振-热双向耦合损耗的精确分析与计算模型,并采用自适应时间步长耦合求解方法,避免热网络模型的过频求解,有效提升电-振-热双向耦合损耗模型的计算效率。仿真与实验分析验证模型有效性,并深入分析电-振-热双向耦合效应对定子损耗的影响机制。 展开更多

关键词 超声电机 Langevin压电换能器 电-振-热耦合 机电等效电路 自适应时间步长 损耗计算

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超声波轴承用挤压式压电换能器的共振频率 被引量：4

8

作者 李东明 崔爽 +2 位作者 丛琳皓 王道顺 崔玉国 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2423-2430,共8页

设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用... 设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用Matlab软件计算出了压电换能器的共振频率。采用有限元软件对已知结构尺寸的换能器进行模态分析,计算出压电换能器所需振型及该振型下的共振频率,数值仿真分析了换能器结构尺寸对换能器共振频率和径向振幅的影响。最后,设计了一台样机,从理论、仿真及实验三方面对其共振频率进行验证。实验结果显示:换能器径向振动共振频率的理论值与实验结果相对误差为5.89%,仿真值与实验结果误差为3.53%。实验结果证明了理论计算方法的正确性,为压电挤压换能器的设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 超声悬浮轴承 压电换能器 机电等效电路 共振频率 模态分析

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一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器 被引量：4

9

作者 林书玉 曹辉 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1004-1008,共5页

本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶... 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性. 展开更多

关键词 径向振动 机电等效电路 压电陶瓷 高频超声换能器 共振频率

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夹心式压电陶瓷超声换能器厚度振动特性 被引量：5

10

作者 田华 付志强 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期34-38,共5页

研究了一种夹心式压电陶瓷高频超声换能器的厚度振动特性.换能器由前后金属盖板、厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环共轴连接而成.其横向尺寸远大于纵向尺寸.应用一维设计理论,分析了压电陶瓷圆环的厚度振动特性,得出了其机电等效电路和共... 研究了一种夹心式压电陶瓷高频超声换能器的厚度振动特性.换能器由前后金属盖板、厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环共轴连接而成.其横向尺寸远大于纵向尺寸.应用一维设计理论,分析了压电陶瓷圆环的厚度振动特性,得出了其机电等效电路和共振频率方程.并用网络级联理论,推出压电陶瓷晶堆的机电等效电路.设计并制作了一组厚度振动夹心式压电陶瓷超声换能器,对其共振频率进行测试.实验表明测量值和理论计算值符合较好. 展开更多

关键词 厚度振动 机电等效电路 共振频率

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径向夹心式复合换能器径向振动特性研究 被引量：1

11

作者 胡静 林书玉 +1 位作者 王成会 莫润阳 《西北大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期709-715,共7页

研究了一种新型径向夹心式复合换能器的径向振动。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆环及内外金属环构成。获得了压电环及金属环的机电等效电路,根据机械边界条件,得到换能器的三端机电等效电路,并求得换能器的频率方程。得到共振频率反... 研究了一种新型径向夹心式复合换能器的径向振动。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆环及内外金属环构成。获得了压电环及金属环的机电等效电路,根据机械边界条件,得到换能器的三端机电等效电路,并求得换能器的频率方程。得到共振频率反共振频率以及有等效机电耦合系数与复合换能器几何尺寸间的理论关系。同时用有限元方法对换能器的径向振动进行模拟仿真,并实验测量了换能器的共振与反共振频率。结果表明,理论计算、模拟仿真以及实验测量结果符合较好。 展开更多

关键词 径向振动 机电等效电路 共振频率

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纵扭复合型超声马达共振频率的研究 被引量：1

12

作者 曹辉 叶发根 林书玉 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第5期786-788,796,共4页

对夹心式纵扭复合型超声马达的共振频率进行了研究。研究分析表明,负载因子同超声马达的共振频率有密切的关系,负载因子越大,超声马达工作时的共振频率下降的越多。因此,超声马达工程设计中应尽量选用声阻抗大的材料作为超声马达定子以... 对夹心式纵扭复合型超声马达的共振频率进行了研究。研究分析表明,负载因子同超声马达的共振频率有密切的关系,负载因子越大,超声马达工作时的共振频率下降的越多。因此,超声马达工程设计中应尽量选用声阻抗大的材料作为超声马达定子以确保其共振频率最小程度的受负载的影响。纵扭复合型超声马达共振频率的理论值与测试值基本符合。 展开更多

关键词 超声马达 共振频率 纵扭复合型 机电等效电路 负载因子

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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

13

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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耦合超声振动系统的辐射特性 被引量：1

14

作者 胡静 王成会 李锦 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期30-35,共6页

研究了一种用于液体中的由纵向夹心式换能器和纵径尺寸接近的金属圆柱辐射器构成的新型大功率超声振动系统。通过表观弹性法获得金属圆柱纵径耦合振动的机电等效电路及共振频率方程。对耦合振动系统的辐射特性进行了理论和数值分析,并... 研究了一种用于液体中的由纵向夹心式换能器和纵径尺寸接近的金属圆柱辐射器构成的新型大功率超声振动系统。通过表观弹性法获得金属圆柱纵径耦合振动的机电等效电路及共振频率方程。对耦合振动系统的辐射特性进行了理论和数值分析,并通过实验进行验证。研究表明:该振动系统的圆柱辐射器的耦合振动可等效为一维径向振动和一维纵向振动的复合,其通过耦合系数相互作用;适当选择辐射圆柱的几何尺寸,振动系统产生强烈的纵径耦合振动,从而有效地辐射大功率超声波。 展开更多

关键词 耦合 机电等效电路 共振频率

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双激励源压电陶瓷超声换能器的共振频率特性分析 被引量：7

15

作者 林书玉 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期2504-2509,共6页

本文对具有两组压电陶瓷激励元件的夹心式功率超声压电换能器进行了理论及实验研究.当换能器中的两组压电陶瓷元件分别被激励时,换能器可以产生两组不同的共振及反共振频率.利用换能器的梅森等效电路,得出了其频率方程.探讨了换能器的... 本文对具有两组压电陶瓷激励元件的夹心式功率超声压电换能器进行了理论及实验研究.当换能器中的两组压电陶瓷元件分别被激励时,换能器可以产生两组不同的共振及反共振频率.利用换能器的梅森等效电路,得出了其频率方程.探讨了换能器的共振频率及反共振频率与其几何尺寸及电学边界条件的依赖关系.研究表明,换能器的共振频率不仅与其几何形状和尺寸有关,而且与电学边界条件有关.在同样的几何尺寸下,电端开路时的共振及反共振频率大于电端短路时的共振及反共振频率.在两种电学边界条件下,换能器的共振及反共振频率与几何尺寸之间的依赖关系是相似的,即当换能器圆锥前盖板的半径比增大时,换能器的共振及反共振频率总是降低的. 展开更多

关键词 双激励源换能器 机电等效电路 共振频率

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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

16

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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一种新型扭转振动压电陶瓷超声换能器 被引量：3

17

作者 叶发根 曹辉 林书玉 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第3期410-413,共4页

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器。基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式。在此... 研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器。基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式。在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析。结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大。 展开更多

关键词 扭转振动 机电等效电路 压电陶瓷 超声换能器

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L-L模式磁电双层复合材料的正、逆磁电效应研究 被引量：1

18

作者 张小丽 梁波 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第12期111-114,119,共5页

基于纵向磁化磁致伸缩材料的压磁本构方程、纵向极化压电材料的压电本构方程及磁电材料的运动方程,分别建立了正、逆磁电效应的磁机电等效电路,并推导了纵向磁化与极化(L-L)模式磁电双层复合材料的正、逆磁电系数的计算公式。获得了正... 基于纵向磁化磁致伸缩材料的压磁本构方程、纵向极化压电材料的压电本构方程及磁电材料的运动方程,分别建立了正、逆磁电效应的磁机电等效电路,并推导了纵向磁化与极化(L-L)模式磁电双层复合材料的正、逆磁电系数的计算公式。获得了正、逆磁电效应随频率的变化关系;同时,该计算公式还能研究压电材料参数或磁致伸缩材料参数对正、逆磁电效应的影响。研究表明,对于L-L模式磁电双层复合材料产生的纵向振动模式,理论结果与实验有很好的一致性,因此,期望该理论能在磁电换能器件及能量捕获器件的设计中获得应用。 展开更多

关键词 L-L模式 磁电双层复合材料 正磁电效应 逆磁电效应 磁机电等效电路

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