微機(jī)械壓電超聲換能器動(dòng)態(tài)性能研究.pdf

1、本論文基于偶應(yīng)力理論和瑞利-里茲方法，對(duì)微機(jī)械壓電超聲換能器(pMUT)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了研究。通過理論推導(dǎo)分析，計(jì)算出能夠使換能器輸出最大化的上電極層和換能器單元直徑比例的最優(yōu)值，確定了換能器圓板的抗彎剛度，并給出了正弦超聲波信號(hào)作用下?lián)Q能器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電壓的輸出情況。
　　 微機(jī)械壓電超聲換能器是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的新型換能器。相比于傳統(tǒng)的換能器，微機(jī)械壓電超聲換能器重量輕、體積小、成本低、可靠性高且在實(shí)現(xiàn)智能化和IC

2、工藝集成上有著明顯的優(yōu)勢。本文所研究的微機(jī)械壓電超聲換能器是由一個(gè)壓電層，一個(gè)彈性層和兩層電極層構(gòu)成的多層圓盤結(jié)構(gòu)，壓電層的厚度達(dá)到了微米量級(jí)。實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)結(jié)構(gòu)的特征尺寸在微米量級(jí)時(shí)，其力學(xué)行為與宏觀尺寸下顯著不同，表現(xiàn)出尺度效應(yīng)，這已被大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)。所以在考慮尺度效應(yīng)的情況下，需要引入偶應(yīng)力理論來研究換能器的非線性變形。本文中運(yùn)用模態(tài)分解和貝塞爾函數(shù)來分析換能器對(duì)超聲波的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。結(jié)果顯示當(dāng)壓電層的厚