Развитие пьезоэлектрического приборостроения на основе новых информационно-измерительных и технологических методов

• Автор: Земляков, Виктор Леонидович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 245 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПРИБОРОСТРОЕНИИ

1Л. Общая характеристика

пьезокерамических материалов, ПКЭ и

пьезопреобразователей

1.2. Измерение параметров ПКЭ

1.2.1. Измерение параметров ПКЭ по частотной

характеристике проводимости в области резонанса

1.2.2. Измерение параметров ПКЭ при импульсном
воздействии
1.3. Измерение параметров пьезокерамического
материала
1.4. Диагностика ПКЭ и пьезопреобразователей
Выводы
ГЛАВА 2. НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПРИБОРОСТРОЕНИИ
2.1. Новый подход к определению пьезомодуля в динамическом режиме
2.2. Определение параметров элементов эквивалентной электрической схемы ПКЭ
2.3. Новые методы определения пьезомодуля
2.4. Новые методы определения параметров ПКЭ и
пьезопреобразователей как пьезорезонаторов
Выводы

ГЛАВА 3. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НА ОБРАЗЦАХ ПКЭ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
3.1. Определение пьезомодуля пьезокерамических материалов на различных образцах ПКЭ
3.2. Проверка идентичности ПКЭ
Выводы
ГЛАВА 4. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, ПКЭ И ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
4.1. Измерительно-вычислительные комплексы для измерения и контроля параметров ПКЭ и пьезопреобразователей
4.2. Научно-технические предложения по созданию нового
поколения измерительных средств в
пьезоэлектрическом приборостроении
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Пьезоэлектрическое приборостроение - это одно из современных направлений приборостроения, в котором элементная база включает пьезокерамические элементы (ПКЭ) — тела простой геометрической формы, изготовленные из пьезокерамических материалов. На основе ПКЭ изготавливают пьезопреобразователи и различные средства, широко применяемые в науке и технике - радиоэлектронике, виброметрии, гидроакустике и ультразвуковой технике и т. д.
В настоящее время в пьезоэлектрическом приборостроении, как для исследовательских целей, так и для решения практических задач, связанных с диагностикой ПКЭ и пьезопреобразователей, широко применяют одни и те же методы испытаний в динамическом режиме. Для реализации этих методов используют характерные точки на частотной характеристике проводимости в области резонанса и расчетные формулы, полученные путем решения электромеханической задачи.
Большой вклад в развитие этих методов внесли как отечественные, так и зарубежные ученые. Среди них Акопьян В. А., Ганопольский В. В., Доля В. К., Иванов Н. М., Крамаров О. П., Крамаров Ю. А., Милославский Ю. К., Парфенов Б. Г., Петин Г. П., Прудько Н. И., Пугачев С. И., Тимошенко С. П., Eernisse Е., Hollang R., Mason W., Martin G., Smits J. и ряд других.
Наиболее распространенными методами, реализующими динамический режим измерений, являются метод «резонанса-антирезонанса» и GBW-метод, являющийся развитием метода круговых диаграмм для комплексной проводимости. Перечисленные методы используют для определения важных параметров, таких как пьезомодуль и коэффициент электромеханической связи пьезокерамического материала, коэффициент электромеханической трансформации и эффективный коэффициент электромеханической связи ПКЭ и пьезопреобразователя как пьезорезонатора и т. д.

резонансов. Первый — низкочастотный - соответствует радиальным (планарным) колебаниям, когда радиус диска является резонансным размером, а толщина диска мала по сравнению с длиной волны. Этот резонанс обособленный и ярко выраженный. Второй - высокочастотный -соответствует толщинным колебаниям, когда толщина диска является резонансным размером, а радиус много больше длины волны. Вблизи этого резонанса, как правило, имеются дополнительные резонансы — гармоники низкочастотного резонанса.
Основное внимание в работе будем уделять рассмотрению ПКЭ, имеющим обособленные ярко выраженные резонансы. Как правило, это низкочастотные моды колебаний, имеющие наибольшее распространение. Случаи средне- и высокочастотных мод колебаний, когда имеются близко расположенные резонансы, рассматривается кратко.
Реальные механические колебательные системы ПКЭ обладают в общем случае распределенными параметрами.
Однако в области частот определенного обособленного механического резонанса ПКЭ приближенно можно описать с помощью механического осциллятора — колебательной системы, имеющей одну степень свободы и сосредоточенные параметры. Он состоит из эквивалентной массы тэ, гибкости сэ и сопротивления механических потерь гмп [122, 125]. При таком
подходе основными параметрами ПКЭ как механической колебательной системы являются частота механического резонанса /р или сор =2тг/р и механическая добротность (2м:
сор = 1 /{пгэсэ )17 2, Ом = сортэ //гмп.
В практических задачах ПКЭ часто заменяют электрической системой (эквивалентной электрической схемой), подчиняющейся дифференциальным уравнениям такого же вида, как и уравнения, описывающие поведение пьезоэлектриков. Применение таких общепринятых аналогий, как сила — напряжения и скорость — ток позволяет определять свойства механической