ANSYS周期性压电结构对机械波滤波特性的研究(2)
Keywords piezoelectric piezoelectric effect signai conversion dielectric properties electromechanical coupling
目录
第一章 绪论 1
I. 压电原理 1
II. 介电极化机制 3
III. 弹性性质 5
IV. 本论文的主要研究内容 8
第二章 压电效应的晶体物理学基础 9
I. 压电系数 10
II. 压电材料的分类 11
III. 压电方程与边界条件 12
IV. 压电效应与电磁效应的相似性分析 13
第三章 的有限元分析 14
I. ANSYS 软件简介 16
II. ANSYS 分析流程 17
III. 利用ANSYS 对一文周期性压电结构的滤波特性分析 18
第四章 致 谢 26
第五章 参考文献 27
第一章 绪论
当我们在家点燃煤气灶或者打开热水器时，有没有想过是什么元件可以让我们转动一下开关就能产生电火花？唱歌时麦克风上的压电晶片具有什么作用？被广泛应用于社会各个行业的驱动器、换能器、传感器，是怎样把各种力学信号转化为电信号的?这些问题的解答都离不开对压电体的研究。早在1880年，法国物理学家P.Curie和J.Curie兄弟发现，在某些晶体特定方向上施加拉力或压力时，晶体的一些对应表面上就会分别出现正、负束缚电荷，并且其电荷密度与施力大小成正比，这种现象被称为“压电效应”。
压电效应是反映压电铁电晶体的介电性质和弹性性质之间的耦合作用，所以要进一步了解压电体特性和工作原理，须深入了解压电晶体内部结构组成，介电性质，弹性性质等。下面介绍几种常见的压电材料。
1. 压电晶体
有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两端就会产生不同的电荷。这种效应被称为压电效应。能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。水晶（α-石英）是一种有名的压电晶体。如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。这种逆
压电效应在科学技术中已得到了广泛的应用。用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。别小看这小小的晶片，它在无线电技术中却发挥着巨大作用。如前所述，在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变。这种稳定不变的振动正是无线电技术中控制频率所必须的，你家中的彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器，保证了图像和声音的清晰度。你手上戴的石英电子表中有一个核心部件叫石英振子。就是这个关键部件保证了石英表比其他机械表更高的走时准确度。装有压电晶体元件的仪器使技术人员研究蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化成为现实。利用压电晶体甚至可以测量管道中流体的压力、大炮炮筒在发射炮弹时承受的压力以及炸弹爆炸时的瞬时压力等。压电晶体还广泛应用于声音的再现、记录和传送。安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。这种压电晶片上电荷的变化，再通过电子装置，可以变成无线电波传到遥远的地方。这些无线电波为收音机所接收，并通过安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。是不是可以这样说，麦克风中的压电晶片能“听得见”声音，而扬声器上的压电晶体薄片则会“说话”或“唱歌”。
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