多层压电陶瓷冲击传感器研究

发布时间：2017-09-09 18:16

  本文关键词：多层压电陶瓷冲击传感器研究

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【摘要】：传感器是自动检测和自动控制系统中的关键器件,是实现检测及控制系统数字化、智能化、信息化、小型化的核心技术之一,传感器的性能直接决定了自动控制系统的灵敏度、分辨率及动态响应等技术指标。压电传感器作为传感器中的重要分支,已在消费电子、工业控制、系统监测、国防军事等领域中被广泛应用。随着振动及冲击传感技术的发展,对压电传感器的灵敏度、体积、成本及批量化提出了更高的要求,传统压电传感器技术已经成为了技术发展的瓶颈。基于低温共烧陶瓷技术的多层压电陶瓷元件具有极高的压电常数、小型化的体积、批量化生产的技术,将其用于压电冲击传感器会大幅度提高电荷灵敏度、减小敏感元件的体积,从而获得性能优异的压电传感器。论文从传感器基本设计原理、多层压电陶瓷元件的力学及电学性能及压电传感器测试分析技术等方面进行了论述与研究。首先,介绍了多层压电陶瓷冲击传感器的发展动态和工作原理,进行了传感器的理论分析和研究,在此基础上开展高性能传感器设计和仿真,对压电传感器的方向敏感特性进行了分析。其次,对多层压电陶瓷进行了力学和电学性能研究,多层压电陶瓷具有抗强压缩能力和优异的压电性能,能够满足传感器的设计要求。最后,根据设计制造出了高达400pc/g、固有频率超过50kHz的传感器,并进行性能测试和动态响应研究,分析了传感器动态响应的“负冲”和输出幅值,并对瞬态冲击滞后响应时间进行了测试和研究,滞后响应时间与传感器的固有频率、冲击激励的脉宽、传感器的安装方式-是否有转接结构及安装力矩的大小有关,为多层压电陶瓷冲击传感器的应用提供了依据。本文对多层压电陶瓷及传感器进行了研究,解决了多层压电陶瓷集成及力学设计关键技术,设计出了高灵敏度、高频响多层压电陶瓷冲击传感器,其灵敏度及体积均体现出了独特的技术特点。
【关键词】：多层压电陶瓷 冲击传感器 灵敏度 固有频率 方向敏感 动态响应
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 国内外研究现状7-13
• 1.2 研究背景及意义13-15
• 1.3 本论文的主要工作15-17
• 第二章 压电冲击传感器理论分析与研究17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 压电冲击传感器的结构理论分析17-24
• 2.2.1 压电冲击传感器的力学结构及模型17-20
• 2.2.2 压电冲击传感器的灵敏度20-23
• 2.2.3 压电冲击传感器的固有频率23-24
• 2.3 压电材料特性分析24-30
• 2.3.1 压电效应24-28
• 2.3.2 压电性能28-30
• 2.4 压电冲击传感器的电学分析30-34
• 2.4.1 压电元件的等效电路30-31
• 2.4.2 压电冲击传感器的等效电路31-32
• 2.4.3 压电冲击传感器的动态特性32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 基于多层压电陶瓷的高灵敏度冲击传感器设计35-50
• 3.1 多层压电陶瓷冲击传感器的性能及力学结构设计35-39
• 3.1.1 结构及性能设计35-36
• 3.1.2 强度预计与仿真36-39
• 3.2 多层压电陶瓷冲击传感器的电学性能研究39-49
• 3.2.1 灵敏度分析39-40
• 3.2.2 线性度分析40
• 3.2.3 电响应及检测电路分析40-44
• 3.2.4 方向敏感特性分析44-49
• 3.3 小型多层压电陶瓷冲击传感器设计49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 多层压电陶瓷的力学及电学性能研究50-62
• 4.1 多层压电陶瓷制备50-53
• 4.2 多层压电陶瓷的结构和微观形貌53-54
• 4.3 多层压电陶瓷的力学仿真54-57
• 4.3.1 气孔率对多层压电陶瓷的强度影响54-56
• 4.3.2 翘曲对多层压电陶瓷的强度影响56-57
• 4.4 多层压电陶瓷的强压缩力学响应57-58
• 4.5 多层压电陶瓷的电学性能58-61
• 4.5.1 多层压电陶瓷的介电性能58-60
• 4.5.2 多层压电陶瓷的压电性能60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第五章 多层压电陶瓷冲击传感器测试与分析62-78
• 5.1 压电冲击传感器的动态测试技术62-64
• 5.1.1 压电传感器测试原理及分析方法62-63
• 5.1.2 多层压电陶瓷冲击传感器的测试系统63-64
• 5.2 多层压电陶瓷冲击传感器的测试及分析64-76
• 5.2.1 动态冲击响应测试64-65
• 5.2.2 电响应“负冲”和幅值分析65-70
• 5.2.3 温度响应特性70
• 5.2.4 瞬态冲击滞后响应时间研究70-76
• 5.2.4.1 压电传感器瞬态冲击响应70-72
• 5.2.4.2 冲击滞后响应时间测量72-73
• 5.2.4.3 滞后响应时间分析73-76
• 5.2.4.4 结论76
• 5.3 小型多层压电陶瓷冲击传感器测试76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 论文工作总结78
• 6.2 下一步工作展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-86
• 附录 硕士研究生在校期间发表学术论文及研究成果86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘天国;张德;赵宝林;陶逢刚;;压电冲击传感器方向敏感量化分析研究[J];兵工自动化;2016年02期

2 周济;;智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J];中国机械工程;2015年17期

3 朱杰;王静;郭涛;;传感器的低频特性对高冲击测试的影响研究[J];电子器件;2015年03期

4 喻寅;贺红亮;王文强;卢铁城;;含微孔洞脆性材料的冲击响应特性与介观演化机制[J];物理学报;2014年24期

5 金浩;张晋敏;唐华杰;谢泉;董珍时;;压电传感器前置信号接收电路设计[J];仪表技术与传感器;2014年12期

6 马天兵;杜菲;熊能;钱星光;;柔性机械臂振动控制中的压电传感器故障诊断[J];电子测量与仪器学报;2014年12期

7 范忠;马书义;武湛君;;复合材料结构实时撞击监测系统[J];压电与声光;2014年04期

8 于坤;江向平;陈超;李璐;李小红;;Co_2O_3掺杂对BCTZ无铅压电陶瓷的性能影响[J];压电与声光;2014年03期

9 岳帅旗;刘志辉;张刚;徐洋;;LTCC基板腔底平整度研究[J];电子元件与材料;2014年05期

10 严蓉;戴雷;曹常胜;;低温共烧陶瓷翘曲度改进工艺研究[J];固体电子学研究与进展;2014年02期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李宏力;ZnO薄膜加速度传感器的研制[D];河北工业大学;2012年

2 刘梦伟;基于双压电PZT薄膜单元的悬臂梁式微力传感器研究[D];大连理工大学;2006年

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本文编号：822004