三相壓電換能器的設計和仿真

西安郵電大學電子工程學院 周紅琴 法 林

三相壓電換能器的設計和仿真

西安郵電大學電子工程學院 周紅琴 法 林

本文設計了不同形狀的PZT-5H壓電材料柱組成三相壓電換能器。對所設計換能器的電學特性和機械特性進行了仿真并跟物理設計預測結果相比較，仿真結果顯示所設計的三相壓電換能器的壓電性能和物理設計是非常接近的，在共振模式下輻射的聲波能量最大且機械位移最大。三相壓電換能器模型設計是對單一換能器在機械特性和電學特性方面的一個改進，新設計的換能器特性優異，對無損評估和無損檢測等方面是非常有用處的，應用范圍廣泛。

壓電材料；三相換能器；設計與仿真

0 緒論

壓電材料在形變時會產生電荷，給壓電材料施加電場時也會發生形變，根據壓電材料的這一壓電效應制作的換能器已被廣泛應用。壓電換能器設計和制造的主要考慮因素之一是優化換能器參數。大多數的壓電換能器都有幾個相，包括主動壓電相如壓電材料和非主動壓電相如環氧樹脂，有一個壓電相和一個非壓電相的換能器稱為雙相換能器，同樣一個換能器有一個壓電相和兩個非壓電相的稱為三相換能器[3-8]。設計多相壓電換能器時，相位連通性很重要，連通方式的不同決定著換能器物理特性的不同。對于n相可能的連通方式有(n+3)!3!n!種[3-6]，因此兩相和三相的連通模式分別有10和20種。本文對換能器進行優化時是通過結合不同相時最易受影響的參數，這種優化對壓電換能器的設計更加可靠。……