压电冲击传感器动态响应研究
发布时间：2021-09-19 09:47
现代工程技术的进步离不开传感器技术的快速发展,压电冲击传感器作为极端环境下使用的器件,对其性能的要求越来越高,但在静态测试中精度比较高的传感器,在动态测试中的误差却很大。压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性直接影响压电冲击传感器的的响应特性,以往的分析与应用儿乎都是基于压电陶瓷的静态特性,目前越来越多的研究指出在较大载荷作用下压电陶瓷表现出显著的非线性特性,尤其是对于在极端环境下使用的压电冲击传感器,正确的认识压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性,对认识压电冲击传感器的动态响应特性非常重要。本文围绕压电冲击传感器,通过实验和数值模拟研究其的动态响应,主要包括以下几方面内容:采用SHPB实验技术,测试了不同加载速度下压电陶瓷的力电响应特性,分析了应力、应变和电荷的变化规律,结果表明压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性有显著的率相关性,随着加载速度的增加,压电陶瓷在卸载段产生电荷的能力逐渐降低,原因可能为压电陶瓷在加载过程中产生了一定程度的损伤;在冲击加载过程中,压电陶瓷的压电应变常数d33会改变且大于准静态测量结果,随着加载速度的增大,d33有逐渐增大的趋势。采用陶瓷材料常用的HJC本构模型，...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２压电陶瓷压电效应示意图??
压电陶瓷进行极化处理，在强的极化电场作用下，根据外加电场的方向，重新排列了电??畴的极化方向，在外加电场去除后，压电陶瓷剩余极化强度仍然很强，表现出较强的压??电效应，见图２．２。??直流电场斤＼剩佘极化强沒??（〇）极化处理前?（ｚ〇极化处理中?（ｃ）极化处理后??＂二一１一！‘??？?士？？士一士?？土?？士？？?？，??丨?Ｔ极化方向丨??＋?＋?＋?＋?＋＃ｘ??图２．２压电陶瓷压电效应示意图??由于压电陶瓷内部极化强度的存在，导致沿极化方向在压电陶瓷内表面产生束缚电??荷，同时外表面吸附极性相反的自由电荷，如图１所示；束缚电荷和自由电荷数量相等??极性相反，压电陶瓷总体表现出电中性。??当沿极化方向在压电陶瓷上施加一个压力时，压电陶瓷产生压缩形变，压缩形变导??１０??
运动方程为：??ｍ＾－＾?＋?＋?ｋ｛ｘ?—?ｙ）?＝?０?ｄｔ２?ｄｔ?ｖ?＂??相对位移为ｚ?＝?ｚ－ｙ，将其带入式（２－８），则可ｍ＋?ｃ—?＋?ｋｚ?＝?—ｍｄｔ２?ｄｔ?ｄｔ２??的变化按正弦规律变化，即ｙ（ｔ）?＝?Ｋｓｉｎ〇）ｔ），冲变为：??＋?Ｊ?＋?＝?ｄｔ２?＾?ｎ?ｄｔ?ｎ?ｄｔ２??阻尼比，ｗ？＝?为传感器的固有圆频率，传感ｙ?ｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击荷载下PZT5电畴翻转研究[J]. 钱霖,张峰,徐先洋,陈江瑛. 功能材料. 2017(07)
[2]功能梯度层合板的主共振[J]. 刘志强,薛春霞. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(05)
[3]爆炸冲击条件下的加速度传感器结构分析[J]. 刘波,杨黎明,李东杰. 传感技术学报. 2017(02)
[4]高冲击三维加速度传感器横向灵敏度校准技术[J]. 林然,张振海,李科杰,何昫,张亮. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[5]基于状态空间法压电叠层梁的精确解[J]. 吴旭森,何博文,关群. 工程与建设. 2015(01)
[6]高冲击加速度传感器横向效应及装配方式所致测试误差[J]. 丰雷,马铁华. 振动与冲击. 2014(20)
[7]考虑材料非线性时压电发电悬臂梁的主共振响应分析[J]. 郭抗抗,曹树谦. 振动与冲击. 2014(19)
[8]高g值加速度传感器的窄脉冲校准理论与方法[J]. 范锦彪,王燕,徐鹏,祖静,林祖森. 传感技术学报. 2012(09)
[9]压电智能复合材料层板冲击压电响应仿真分析[J]. 谢建宏. 压电与声光. 2011(03)
[10]高g值加速度冲击试验技术研究[J]. 徐鹏,祖静,范锦彪. 振动与冲击. 2011(04)
博士论文
[1]压电球壳的若干多场耦合问题研究[D]. 刘承斌.浙江大学 2016
[2]层状压电复合结构的动力特性研究[D]. 王建军.北京交通大学 2016
[3]层合压电结构的瞬态响应和波动特性分析[D]. 龚双.湖南大学 2014
硕士论文
[1]高应变载荷下压电传感器性能研究[D]. 王培德.大连理工大学 2016
[2]多层压电陶瓷冲击传感器研究[D]. 刘天国.中国工程物理研究院 2016
[3]加速度传感器微秒级窄脉冲校准系统的研究[D]. 李玺.中北大学 2015
[4]高固有频率高g值加速度传感器的动态幅频特性校准研究[D]. 李婉蓉.中北大学 2014
[5]PVDF压电元件力—热—电耦合场分析[D]. 韩锦川.昆明理工大学 2014
[6]层状压电结构热—力—电耦合问题的状态空间解[D]. 常瑞鼎.湘潭大学 2014
[7]压电悬臂梁结构的动力学研究[D]. 刘淑彦.北京工业大学 2013
[8]压电杆结构的冲击特性分析[D]. 张秀斌.北京交通大学 2013
[9]压电陶瓷传感器力学模型理论与试验研究[D]. 梁丽娉.沈阳建筑大学 2011
[10]压电陶瓷层合梁非线性动力学特性与控制研究[D]. 隋长伟.天津大学 2010
本文编号：3401383
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２压电陶瓷压电效应示意图??
压电陶瓷进行极化处理，在强的极化电场作用下，根据外加电场的方向，重新排列了电??畴的极化方向，在外加电场去除后，压电陶瓷剩余极化强度仍然很强，表现出较强的压??电效应，见图２．２。??直流电场斤＼剩佘极化强沒??（〇）极化处理前?（ｚ〇极化处理中?（ｃ）极化处理后??＂二一１一！‘??？?士？？士一士?？土?？士？？?？，??丨?Ｔ极化方向丨??＋?＋?＋?＋?＋＃ｘ??图２．２压电陶瓷压电效应示意图??由于压电陶瓷内部极化强度的存在，导致沿极化方向在压电陶瓷内表面产生束缚电??荷，同时外表面吸附极性相反的自由电荷，如图１所示；束缚电荷和自由电荷数量相等??极性相反，压电陶瓷总体表现出电中性。??当沿极化方向在压电陶瓷上施加一个压力时，压电陶瓷产生压缩形变，压缩形变导??１０??
运动方程为：??ｍ＾－＾?＋?＋?ｋ｛ｘ?—?ｙ）?＝?０?ｄｔ２?ｄｔ?ｖ?＂??相对位移为ｚ?＝?ｚ－ｙ，将其带入式（２－８），则可ｍ＋?ｃ—?＋?ｋｚ?＝?—ｍｄｔ２?ｄｔ?ｄｔ２??的变化按正弦规律变化，即ｙ（ｔ）?＝?Ｋｓｉｎ〇）ｔ），冲变为：??＋?Ｊ?＋?＝?ｄｔ２?＾?ｎ?ｄｔ?ｎ?ｄｔ２??阻尼比，ｗ？＝?为传感器的固有圆频率，传感ｙ?ｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击荷载下PZT5电畴翻转研究[J]. 钱霖,张峰,徐先洋,陈江瑛. 功能材料. 2017(07)
[2]功能梯度层合板的主共振[J]. 刘志强,薛春霞. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(05)
[3]爆炸冲击条件下的加速度传感器结构分析[J]. 刘波,杨黎明,李东杰. 传感技术学报. 2017(02)
[4]高冲击三维加速度传感器横向灵敏度校准技术[J]. 林然,张振海,李科杰,何昫,张亮. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[5]基于状态空间法压电叠层梁的精确解[J]. 吴旭森,何博文,关群. 工程与建设. 2015(01)
[6]高冲击加速度传感器横向效应及装配方式所致测试误差[J]. 丰雷,马铁华. 振动与冲击. 2014(20)
[7]考虑材料非线性时压电发电悬臂梁的主共振响应分析[J]. 郭抗抗,曹树谦. 振动与冲击. 2014(19)
[8]高g值加速度传感器的窄脉冲校准理论与方法[J]. 范锦彪,王燕,徐鹏,祖静,林祖森. 传感技术学报. 2012(09)
[9]压电智能复合材料层板冲击压电响应仿真分析[J]. 谢建宏. 压电与声光. 2011(03)
[10]高g值加速度冲击试验技术研究[J]. 徐鹏,祖静,范锦彪. 振动与冲击. 2011(04)
博士论文
[1]压电球壳的若干多场耦合问题研究[D]. 刘承斌.浙江大学 2016
[2]层状压电复合结构的动力特性研究[D]. 王建军.北京交通大学 2016
[3]层合压电结构的瞬态响应和波动特性分析[D]. 龚双.湖南大学 2014
硕士论文
[1]高应变载荷下压电传感器性能研究[D]. 王培德.大连理工大学 2016
[2]多层压电陶瓷冲击传感器研究[D]. 刘天国.中国工程物理研究院 2016
[3]加速度传感器微秒级窄脉冲校准系统的研究[D]. 李玺.中北大学 2015
[4]高固有频率高g值加速度传感器的动态幅频特性校准研究[D]. 李婉蓉.中北大学 2014
[5]PVDF压电元件力—热—电耦合场分析[D]. 韩锦川.昆明理工大学 2014
[6]层状压电结构热—力—电耦合问题的状态空间解[D]. 常瑞鼎.湘潭大学 2014
[7]压电悬臂梁结构的动力学研究[D]. 刘淑彦.北京工业大学 2013
[8]压电杆结构的冲击特性分析[D]. 张秀斌.北京交通大学 2013
[9]压电陶瓷传感器力学模型理论与试验研究[D]. 梁丽娉.沈阳建筑大学 2011
[10]压电陶瓷层合梁非线性动力学特性与控制研究[D]. 隋长伟.天津大学 2010
本文编号：3401383
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