理论教育 压电材料的主要性能参数分析

压电材料的主要性能参数分析

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:d33是衡量压电晶体材料发射性能的重要参数。超声检测用的压电晶体对频率一般要求比较高,此时ε应小一些。压电晶片振动损耗的能量主要是由内摩擦引起的。使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度,用Tc表示。

压电材料的主要性能参数分析

1.压电应变常数d33

压电应变常数d33表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。d33是衡量压电晶体材料发射性能的重要参数。d33值越大,发射性能就越好,发射灵敏度也就越高。

式中 U——施加在压电晶片两面的电压(V);

Δt——晶片在厚度方向的变形量(m)。

2.压电电压常数g33

压电电压常数g33表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小。g33是衡量压电晶体材料接收性能的重要参数。g33值越大,接收性能就越好,接收灵敏度也就越高。

式中 P——施加在压电晶片两面的应力(N);

UP——晶片表面产生的电压梯度,即电压U与晶片厚度t之比(V/m)。

3.介电常数ε

式中 C——电容器电容;

t——电容器极板距离;

A——电容器极板面积。

超声检测用的压电晶体对频率一般要求比较高,此时ε应小一些。因为ε小,C就小,所以电容器充放电时间短,频率高。

4.机电耦合系数K

机电耦合系数K表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率

对于正压电效应:(www.daowen.com)

对于逆压电效应:

当探头晶片振动时,厚度方向和径向同时产生伸缩变形,因此机电耦合系数分为厚度方向Kt和径向KPKt越大,检测灵敏度就越高;KP增大,会使低频谐振波增多,发射脉冲变宽,从而导致分辨力降低,盲区增大。

5.机械品质因子θm

压电晶片在谐振时储存的机械能E与在一个周期内损耗的能量E之比称为机械品质因子θm

压电晶片振动损耗的能量主要是由内摩擦引起的。θm对分辨力有较大的影响。θm值大,表示损耗小,晶片持续振动时间长,脉冲宽度大,分辨力低。反之,θm值小,表示损耗大,脉冲宽度小,分辨力高。

6.频率常数N

驻波理论可知,压电晶片在高频电脉冲激励下产生共振的条件为

式中 t——晶片厚度;

λL——晶片中纵波波长;

cL——晶片中纵波波速;

f0——晶片固有(谐振)频率。

由式(3-6)可知:

由此可知,压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数,称为频率常数,用Nt表示。从式(3-7)可知,发射超声波的频率主要取决于晶片的厚度和晶片中的波速。

7.居里温度Tc

压电材料与磁性材料一样,其压电效应与温度有关。压电效应只能在一定的温度范围内产生,超过一定温度,压电效应就会消失。使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度,用Tc表示。

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