薄圆桶压电振子的弯曲振动分析.pdf

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1、第20卷第1-2期2016年2月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．20No．1—2Feb．2016文章编号：1007—7294(2016)01—0206—10薄圆桶压电振子的弯曲振动分析李莉1，王丽坤2，秦雷2(1沈阳化工大学计算机科学与技术学院，沈阳110142；2北京信息科技大学传感器重点实验室，北京100101)摘要：薄圆桶压电振子是薄金属圆桶底部粘合压电陶瓷圆片的振动元件。文章利用瑞利一里兹法，采用弹性边界约束条件，对薄圆桶压电振子的振动特性进行理论分析，推导得到压电振子振动频率方程，通过数值计算分析支撑结构对压电

2、振子频率的影响，为该类传感器的研制提供设计依据。经分析计算，当压电振子中陶瓷圆片结构．确定时，振子的谐振频率随支撑结构厚度的增加、半径的减小而增大。其中当金属底面厚度与振子总厚度之比在0．5～O．75之间时，振子谐振频率变化缓慢，当两者厚度比超过0．75后，谐振频率迅速增高；而当压电圆片与支撑结构半径比在0．4～0．9之间变化时，振子谐振频率随两者半径比的增大而增加，变化斜率也略有增大。关键词：弯曲振动；谐振频率；圆桶压电振子中图分类号：TP212文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—7294．2016．h1．024Anal

3、ysisofthepiezoelectricdiskresonatorwithbarrelshellinflexuralvibrationLILil，WANGLi—kun2，QlNLei2(1ShenyangUniversityofChemicalTechnology，Shenyang110142，China；2BeijingInformationScience&TechnologyUniversity，Beijing100101，China)Abstract：Aceramicdiskplasteredatthebottomofthemetalsh

4、ellconstitutesthepiezoelectricdiskres．onatorwithbarrelshell．VibrationfrequencyoftheresonatorisdeducedbyRayleigh-Ritzenergyequationandelasticboundaryconditions．Influenceoftheresonatorstructureontheresonantfrequencyisanalyzed．Theresultshowsthattheresonantfrequency∽increaseswitht

5、heraiseofthicknessratio(Ot)andradiusratio(卢)．Thefrequencychangeslittleduringo【istherangeof0．5～0．75，butthefrequencyisrisingrapidlywhen搜isbiggerthano。75．Therakeratiool毋8increasesabitwiththeraiseot8intherangeofo．4-0．9。Theanalysisresultcouldbethereferenceaboutthedesignandmanufactu

6、reofthepiezoelectricdiskres—onator．Keywords：flexuralvibration；vibrationfrequency；piezoelectricdiskresonatorwithbarrelshell0引言弯曲振动是压电器件常用的一种振动模态，特别是金属片和压电陶瓷片构成的单晶片弯曲振动收稿日期：2015—07—07基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．61102041)；辽宁省高等学校优秀人才支持计划(LJQ2013043)；北京市教委科技计划重点项目(KZ201110772040)作者简介：李莉(

7、1978-)，女，博士，副教授，E-maihlily_．jilin@163．corn；王丽坤(1962-)，女，博士，教授，E—maft：wlikun@bistu．edu．ca。第l一2期李莉等：薄圆桶压电振子的弯曲振动分析压电振子由于其具有谐振频率低，带宽施加阻尼易于扩展，结构简单，尺寸小、重量轻，性能稳定可靠等特点，被广泛应用于各种压电式压力传感器及超声、水声换能器中ll】。薄圆筒压电振子是对单晶片弯曲振动换能器结构上的改进，即将压电圆片粘合在一圆桶状金属外壳底部(如图1所示)，当压力作用到金属外壳底面，外壳带动压电片变形，由于压电片的压电效应

8、，将作用的压力转换为电信号，经过放大、测量输出信号，即可检测外壳所受的压力情况。该压电振子主要用于接触式动态压力检测，与单