为什么在实验过程中改变l时,压电陶瓷换能器

为什么在实验过程中改变l时,压电陶瓷换能器

压电陶瓷换能器是一种利用压电效应将机械能转化为电能的装置。当施加压力或力矩时，压电陶瓷会发生形变，从而产生电荷分布。这些电荷分布会导致电势差的产生弊如，进而产生电压信号。

在实验过程中改变压电陶瓷的长度l，实返扰际上是改变了施加在压电陶瓷上的压力或力矩。由于压电陶瓷的压电效应是与施加的压力或力矩成正比的，因此改变l会导致压电陶瓷的压电效应发生变化，进而导致输出电压的变化。

因租世启此，改变l会直接影响压电陶瓷的压电效应和输出电压，这是压电陶瓷换能器工作原理的基础。

压电陶瓷换能器是一种可将电能转化为机械振动能量或者将机械振动能量转化为电能的装置。当将压电陶瓷换能器施加电场时，会在其内部产生应力和变形，从而使其振动，反之亦然。其中，振动的频率和振幅等参数与压电陶瓷片的几何尺寸和材料特性密切相关。

通过改变压电陶瓷换能器的长度 L，可以改变振动系统的谐振频率。具体来迅搜说，当正数 L 变举昌首小时，谐振频率会增大；而当 L 变大时，谐振频率会减小。因此，在实验过程中，如果需要调节压电陶瓷换能器在特定频率下的振动状态，就可以通过改变长度 L 来实现对谐振频率的控制。

为什么在实验过程中改变l时,压电陶瓷换能器：3学时

教材：见补充讲义

简介：声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。声速是描述声波在媒质中传播特性的一个重要物理量。它的测量方法可分为两类：第一类方法是根据关系式，测出传播距离和所需的时间后，即可算出声速；第二类方法是利用关系式，测量出声波的频率和波长，即可算出声速。本实验采用的时差法，属于第一类方法；驻波法（共振干涉法）、相位比较法属于第二类方法。

实验重点：理解声速测量原理，掌握误差处理方法。

难点：示波器的调整，游标卡尺的读数。

教学目的：

1. 了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的厅绝档理解；

2. 熟悉示波器及信号源的功能和使用方法；

3. 用驻波法、相位法、时差法测量声波在空气中传播的速度。

教学方法：以演示、讲述为主，采用提问式、启发式教学，结合巡回辅导。

实验要求：1. 课前预习，完成预习报告；

2. 课堂独立完成实验内容，记录并处理数扮乱据；

3. 课后根据数据完成实验报告，能够提出改进建议。

实验仪器：声速测定实验仪、信号源、双踪示波器

实验宏启原理：

同一媒质中，声速基本与频率无关，例如在空气中，频率从20赫兹变化到8万赫兹，声速变化不到万分之二。本实验的信号源采用超声波信号。超声波是一种频率大于2万赫兹的机械波。由于超声波具有波长短，易于定向发射等优点，我们通过测量超声波的速度来测定声速。超声波在医学诊断、无损检测、测距等方面都有广泛的应用。

因为想要研究该参数对换能器性能早神的影响，压电陶瓷换能器是一种常见的传感器和执行器，樱睁型其工作原理是利用压电效应产生电荷或者利用反向压电效应来进行位脊猜移控制。在使用过程中，其性能主要受到几个参数的影响，例如厚度、长度、材料等。

压电陶瓷换能器的L值影响着输出电压的大小，因此改变L值可以改变输出电压的大小，从而调节实验结果。

压电陶瓷的发展历史有哪些呢？

1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。

1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。

1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。

压电材料及其应用取得划时代的进展应归咎于第二次世界大战中发型衫现了BaTiO3陶瓷，1947年，美国Roberts在BaTiO3陶瓷上，施加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的电压性陆租配，随后，日本积极早指开展利用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器、谐振器等各种压电器件的应用研究，这种研究一直进行到50年代中期。

1955年，美国B.Jaffe等人发现了比BaTiO3压电性更优越的PZT压电陶瓷，促使压电器件的应用研究又大大地向前推进了一大步。BaTiO3时代难于实用化的一些用途，特别是压电陶瓷滤波器和谐振器，随着PZT的问世，而迅速地实用化，应用声表面波(SAW)的滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，在七十年代后期也取得了实用化。

80年代后期至今，人们研制出驰豫铁电体陶瓷材料，在此基础上有成功研制出驰豫铁电体单晶材料，为三维超声波成像奠定了基础。目前，人们将纳米技术应用到压电材料的制作工艺上已取得新的突破。

目前，世界各国正在大力研制开发无铅压电陶瓷，以保护环境和追求健康。

芯明天堆叠压电陶瓷也叫叠层式微位移压电陶瓷或多层搜空堆叠式压电陶瓷微动装置，可用于微观定位、阀门控制、减震及声波的产生。压电陶瓷微动器作为机电换能器能将电信号转换成机械位移并应用于调节控制系统，多层堆叠结构压电陶瓷具有体掘漏衡积小、位移分辨率极高、响应速度快、低电压驱动、输出力大。

芯明天压电陶瓷促动器是将叠堆式压电陶瓷进行机构设计，与柔性铰判做链支撑结构及外壳结构组合成一体结构，形成封装式压电陶瓷促动器，使得它可具有微位移分辨率高、稳定性强，同时弥补了叠堆压电陶瓷不能承受拉力的缺点。从而更适用于其他恶劣环境。

美国Sandia研究所的Haertling在1964年发现，配好森如果在Pb(Ti,Zr)O3中添加少量的Bi2O3进行热压成型时,烧结得很好，这种多晶材料的铁电电滞回线呈现明显的矩形特性。此后，兰德（Land）等人发现，这种陶瓷被研磨成薄片时透光度高，随着晶体粒度的不同显示出二种电培亩光学效应，即粒度为2微米以上的极化了的粗晶粒陶瓷片，散射光的强度随着极化轴的角度发生变化；

微米以下的微细晶粒陶瓷片,则呈现出以极化为光轴的单轴性负光学各向异性,双折射率随偏置电压的改袜告变而变化.这种陶瓷是一种很有价值的新型电光学材料.这一发现是铁电性透明陶瓷展的开端。