微機械壓電超聲換能器的力電性能研究.pdf

1、本文研究的是基于應變梯度理論的微機械壓電超聲換能器壓電薄膜的靜態(tài)應變。壓電超聲換能器是目前應用很廣泛的一種換能器,例如醫(yī)學成像、遠距離遙控測量、交通監(jiān)測、機器人成像信息采集等等。傳統(tǒng)的換能器受制于其尺寸,要批量生產(chǎn)成二維的換能器陣,一方面成本會很高,另一反面會使換能器陣極為笨重。相比之下,微機械壓電超聲換能器體積小、重量輕、慣性小、響應時間短,具有常規(guī)尺寸換能器無法比擬的優(yōu)點。
　　 我們研究的微機械壓電超聲換能器由彈性層、壓電

2、層、上下電極層構(gòu)成。換能器厚度達到了微米級別,在研究薄膜應變時要應用應變梯度理論。在本文中我們采用的是CS應變梯度理論,即偶應力理論。壓電層在外加電場激勵下,由于壓電效應,薄膜發(fā)生彎曲。在強電場作用下,壓電材料的電致伸縮性必須要加入考慮,并且電致伸縮性與電場強度的偶數(shù)次方成正比。為了優(yōu)化換能器的工作性能,分析薄膜的靜態(tài)應變很有參考價值。研究顯示,上電極層直徑與壓電層直徑的最優(yōu)比率在0.673左右,并且這個最優(yōu)比率是客觀存在的,與壓電材料