压电智能传感器力学模型的建立及数值模拟

发布时间：2018-01-10 00:27

  本文关键词：压电智能传感器力学模型的建立及数值模拟　出处：《北华大学学报(自然科学版)》2014年06期 　论文类型：期刊论文

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【摘要】：以单片压电陶瓷(如锆钛酸铅,简称PZT)晶体、粘贴式和埋入式压电传感器为研究对象,从压电本构方程和结构动力学的振动原理出发,采用集总质量法推导出PZT传感器正压电效应的电荷表达式及等效刚度表达式,建立粘贴式和埋入式PZT传感器的简化力学模型,得到考虑多参数影响的电荷表达式.考虑黏结胶层阻尼吸收能量的作用,建立了胶层阻尼效应影响的传感模型,并求得压电传感器的电压表达式.数值模拟结果表明:在PZT传感模型中,利用压电方程和振动方程联合求解可以快速得到PZT的传感信号,而且PZT片的电压输出特性与作用力的大小及黏结胶层有关.通过测量和分析PZT传感器输出电信号峰值与频率的变化,并与数值分析结果进行对比,证明了运用所建立的传感模型能够有效地模拟检测PZT的正压电规律.
[Abstract]:The piezoelectric ceramics (such as lead zirconate titanate, PZT) crystal, adhesive and embedded piezoelectric sensors are studied. The piezoelectric constitutive equation and the vibration principle of the structure dynamics are discussed. The charge expression and equivalent stiffness expression of positive piezoelectric effect of PZT sensor are derived by lumped mass method, and the simplified mechanical models of paste and embedded PZT sensors are established. The expression of charge considering the influence of multiple parameters is obtained. Considering the effect of damping and absorbing energy of adhesive layer, the sensing model of the influence of damping effect on adhesive layer is established. The voltage expression of the piezoelectric sensor is obtained. The numerical simulation results show that in the PZT sensing model, the piezoelectric equation and vibration equation can be used to solve the sensor signal of PZT quickly. The voltage output characteristics of the PZT chip are related to the magnitude of the force and the bonding layer. The changes of the peak and frequency of the output electrical signals of the PZT sensor are measured and analyzed, and the results are compared with the results of the numerical analysis. It is proved that the piezoelectric law of PZT can be simulated effectively by using the sensor model.
【作者单位】： 北华大学汽车与建筑工程学院;北华大学电气信息工程学院;中国石油天然气集团吉林石化分公司;
【基金】：吉林省教育厅科学技术研究项目(2013195) 北华大学博士科研启动基金项目(199500023)
【分类号】：TU317
【正文快照】： 经过几十年的发展,压电陶瓷的性能日趋完善,相关研究也取得了重大进展,目前已成为最重要的功能材料之一.从国内外的研究情况看,诸多学者主要侧重于压电智能结构的理论分析与试验研究,提出了多种分析方法,如常用的建立数学模型,基于三维弹性理论的振动方程法以及简化理论分析法

【参考文献】

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【二级参考文献】

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本文编号：1403150