面內(nèi)扭轉(zhuǎn)壓電圓片諧振器及其在液體粘度測量中的應用.pdf

1、近年來，壓電扭轉(zhuǎn)諧振器在精密傳感器和先進致動器領域獲得了廣泛應用，如超聲馬達、壓電泵、光學掃描器、粘度計和能量回收裝置等?，F(xiàn)有的壓電扭轉(zhuǎn)諧振器結(jié)構(gòu)上絕大多數(shù)是細長圓柱型的，產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應力波沿著長度方向傳播，本文提出一種基于螺旋叉指電極的壓電圓片扭轉(zhuǎn)諧振器，其可以有效產(chǎn)生沿徑向傳播的面內(nèi)扭轉(zhuǎn)應力波，具有結(jié)構(gòu)簡單、加工便捷、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。同時本文進一步探索這種圓片扭轉(zhuǎn)諧振器在液體粘度測量領域的應用，鑒于其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、可

2、實現(xiàn)在線測量等優(yōu)勢，有望成為便攜式粘度計領域的有力競爭者。
　　本文首先研究螺旋電極式壓電諧振器的工作原理，提出等螺旋角和等電極間隔兩種基本形式的螺旋電極式壓電諧振器，基于壓電方程推導其靜態(tài)扭轉(zhuǎn)位移和扭轉(zhuǎn)角，研究螺旋角α和等距螺旋線的起始半徑b值對其扭轉(zhuǎn)位移輸出特性的影響，推導其振動的特征方程，建立動態(tài)等效電路模型。然后探究復雜極化情況下有限元壓電耦合分析方法，仿真研究電場的不一致分布特性、靜態(tài)扭轉(zhuǎn)位移特性和諧響應特性，并實際制作

3、螺旋電極式壓電諧振器，進行電學導納和多普勒測試，并將實驗結(jié)果與仿真結(jié)果做對比。最后研究基于阻抗分析的粘度測量方法，制作粘度計原型機，在甘油水溶液中測試對粘度計進行了穩(wěn)定性和線性度測試。實驗結(jié)果表明:邊緣固定狀態(tài)下，施加峰峰值為400Vp-p頻率為1Hz的正弦電壓激勵，測得等螺旋角和等電極間距壓電諧振器在r=6mm處的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)角分別為0.00458°和0.00605°，多普勒測振儀掃頻測得一階扭轉(zhuǎn)諧振頻率分別是86.0 kHz和84.4