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压电换能器设计原理 王德石,张恺
压电换能器设计原理王德石,张恺
压电换能器是一种能够将机械振动转化为电信号的器件，也可以将电信号转化为机械振动的器件。
其工作原理基于压电效应，即在某些物质中，当外力施加于其表面时，会产生内部电荷移动和极化，从而产生电势差。
压电材料通常包括晶体、陶瓷等材料，其中常见的压电材料有铅锆酸钛、锆钛酸钡、锆钛酸铅等。
压电换能器的设计需要考虑以下几个方面。
一、材料选择
压电换能器的工作原理基于压电效应，因此需要选择具有良好压电性能的材料。
目前市场上常见的压电材料有陶瓷和晶体两种，具体选择取决于性能要求、成本限制等多重因素。
二、电极设计
为了使得压电材料产生足够的电信号，需要在其表面附着电极，通常使用金属材料作为电极材料，如铝、铜、钛等。
电极的设计需要考虑电极间间距、电极形状等因素，这些因素将会影响到换能器输出的电信号的大小和灵敏度等特性。
三、机械结构设计
机械结构设计是关键因素之一，因为它将直接影响到压电换能器的机械振动特性。
通常情况下，设计者需要根据具体应用场景确定所需要感应的振动频率范围，并且通过机械结构设计实现好对应的机械谐振条件，使得机械振动能够被压电材料感应出来。
电路设计也是关键因素之一，通过优化电路设计可以实现在高噪声和低信号环境中提高压电换能器的信噪比和输出电信号的稳定性。
电路的设计需要综合考虑信号放大、带通滤波等因素，以提高系统的效率和性能。
总之，压电换能器设计需要考虑材料、电极、机械结构和电路设计等多方面因素，才能够获得较好的工作性能，适应不同的应用需求。
西安交通大学科技成果——压电驱动器
西安交通大学科技成果——压电驱动器成果简介
1、大推重比直线驱动器
针对于形状控制、加工进给等系统提出的高精度、大负载驱动需求，团队开发了具有很高推重比的直线驱动装置，该作动器能够在600g的质量内，实现600N以上的推拉力。
大推重比压电驱动器实物
2、小型直线驱动器
为适应在小的空间尺寸下实现高精度的位移输出，团队还设计了一款具有位移反馈功能的小型直线压电作动器，该作动器利用非对称的锯齿波驱动压电堆，通过惯性冲击原理作动，采用比例式线性霍尔传感器实时感知位移；并且结构紧凑，易于安装，具有作动快速精准，断电锁止，钳位力可调节的特点，能够在足够小的结构下实现大的推重比与高精度的位移输出性能。
作动器行程可以依据客户需求定制，最高可达6毫米，其位移精度可达0.5微米，能够实现总行程千分之一的定位精度。
小型压电直线驱动器
3、大行程旋转压电驱动器
大行程旋转驱动器
针对科学研究，光学研究当中对旋转运动的精密控制需求，团队研发了压电材料驱动的精密旋转作动器，该作动器能够在惯性式驱动
原理的控制下完成顺时针逆时针两个方向的360°大范围圆周运动，且能够实现千分之一度的角位移分辨率。
作动器内部集成有光栅式角位移传感器。
压电器件设计制作
dFm ≈ C a + C c + Ci
τ=R(Ca+C) ω0=1/τ。
电压放大器
� 但是在低频时要满足ω/ω0>>1的条件，则要求时 间常数τ足够大。 � 加大时间常数τ方法是：
� 提高传感器的绝缘电阻和电压放大器的输入电阻； � 加大电缆电容Cc、电压放大器的输人电容Ci以及传感 器电容Ca。
− jωQA0 ⎡1 ⎛ 1 ⎞⎤ ⎟ 1 + A0 ⎢ +⎜ ⎥ + jω [Ca + (1 + A0 )C F ] ⎜ ⎟ RF ⎠⎦ ⎣ Ra ⎝
压电传感器接至电荷放大器的等效电路图
电荷放大器
� 若考虑电缆电容Cc，则有
U SC
− jωQA0 = ⎡1 ⎛ 1 ⎞⎤ ⎟ 1 + A0 ⎢ +⎜ ⎥ + jω [Ca + Cc + (1 + A0 )C F ] ⎜ ⎟ RF ⎠ ⎦ ⎣ Ra ⎝
电压放大器
� 如果ω/ω0>>1，即作用力变化频率与测量回路时 间常数的乘积远大于1时，前置放大器的输入电 压与频率无关。一般认为ω/ω0≥3，可以近似看 做输入电压与作用力频率无关。这说明，在测 量回路时间常数一定的条件下，压电传感器具 有相当好的高频响应特性。
U im = ωRdFm
1 + (ω ω0 )
U im ≈ dFm C a + C c + Ci
电荷放大器
� 电荷放大器是将高内阻的电荷源转换为低输出 阻抗的电压源的压电传感器专用前置放大器， 它的输出电压正比于输入电荷。电荷放大器同 样起着阻抗变换的作用，其输入阻抗高达 1010~1012Ω，输出阻抗小于100性
压电器件设计制作
� 当管道结构尺寸和探头安装位置一定时，公式 中L/2cosθ为常数，v只与f有关，而与c值无关。 可见该法能获得更高的测量精度。
超声波发射电路
� 由反向器①②组成RC振荡器，经门电路完成功 率放大，经CP耦合传送给超声波振子产生超声 波发射信号。
超声波发射电路框图
超声波接收电路
� 由于超声波信号极微弱，需要增益高的放大电 路用于检测反射波。输出的高频信号电压经检 波、放大、开关电路输出或报警。
超声波接收电路框图
倒车雷达
频率差法测流量
� 当A为发射探头、B为接收探头时，超声波的重 复频率f1为
c + v cos θ f1 = L
� 当B为发射探头、A为接收探头时，超声波的重 复频率f2为
f2 = c − v cos θ L
频率差法测流量
� 频率差
2v cos θ ∆f = f 2 − f1 = L
� 流体的平均流速为
一种基于超声波测距的倒车雷达系统框图
超声波测流量
� 利用超声波测流量对被测流体并不产生附加阻 力，测量结果不受流体物理和化学性质的影响。 超声波在静止和流动流体中的传播速度是不同 的，从而可以测量流量。
超声波测流量的原理图
时差法测流量
� 当A为发射探头、B为接收探头时，超声波传播 速度为c+vcosθ，于是顺流传播时间t1为
� 流体的平均流速为
c2 v≈ ∆t 2 L cos θ
� 该测量方法精度取决于t的测量精度，同时应注 意c并不是常数，而是温度的函数。
相位差法测流量
� 当A为发射探头、B为接收探头时，接收信号相 对发射信号的相位角ϕ1为
ϕ1 = L ω c + v cos θ
基于BOOST变换器的像增强器用高压电路设计
真空电子技术•工艺与应用•基于BOOST 变换器的像增强器用高压电路设计刘怡然2，刘震1(1.西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室，陕西西安H 0049;2.西安交通大学电子科学与技术系，陕西西安710049)Design and Implement of a High Voltage Generation Circuit for ImageIntensifier Based on BOOST Type ConverterL I U Yi-ran2 ,LIU Zhen1(1. K e y L a b o ra to ry f o r P h y s ic a l E le c tro n ic s a n d D evices o f the M in is t r y o f K d u c a tio n ?X i a n J ia o to n g U n iv e r s ity , X i ,a n 710049 , C h in a -,2. D e p a rtm e n t o f E le c tro n ic Science a n d T e c h n o lo g y " X i a n J ia o to n g U n iv e r s ity , X i a n ! 100 49 , C h in a )Abstract：The high voltage generation c ircuit i s a key component of an image intensifier. A novel high voltage generation circuit based on B O O S T converter i s proposed, which could lower the insulation requirements of transformer. The operating principleof the circuit i s analyzed and the physical model i s simulated. A 1 k V circuit i s built and demonstrated. Based on thecircuit, a brightness adjustment method and a whole system with micro control unit are proposed, and the optimum method i s given.Keyw o r d s ： Image intensifier , B O O S T converter , High voltage , Brightness adjustment摘要：高压电源是像增强器的重要部件。
压电器件及其制备方法、面板、触觉再现装置与流程
压电器件及其制备方法、面板、触觉再现装置与流程压电器件及其制备方法压电器件是一种能够产生电荷或电磁场反应的器件，利用它可以实现电信号与机械信号的转换，成为了现代科技中不可缺少的部分。
压电材料是制作压电器件的核心材料，常见的压电材料有石英、硼酸铅等。
以下是压电器件的制备方法：1. 单晶制备法：通常采用单晶生长法，由于该方法制备的压电材料具有高的晶质度和均匀性，因此适用于高精度压电器件的制备。
2. 烧结法：将粉末压制成坯体，然后在高温下进行烧结，得到均一的压电材料。
此方法制备的压电器件便宜、易制备、可大规模生产。
3. 溶液法：将压电材料的浓缩溶液喷涂于基片上，干燥后进行烧结或煅烧，获得沉积的薄膜的方法。
压电面板压电面板是一种能够将机械能转换为电能的电子设备。
它可以应用于触控屏、键盘、游戏手柄等设备中。
压电面板由导电层、压电层和底部衬底组成。
压电层上的电极可以感应到由外部施加的压力或振动，从而产生电荷或电磁波，导电层上的电位差通过薄膜电容进行检测和放大。
触觉再现装置触觉再现装置是一种可以再现人类触感和手感的设备，它能够在虚拟世界与现实世界之间建立桥梁，使用户能在虚拟世界中感受到真实的物理反馈。
触觉再现装置的工作原理是利用压电晶体产生异方性应变，改变电场，从而使物体表面的形状发生变化。
当用户在虚拟世界中触摸虚拟物体时，系统会自动调整压电晶体的工作状态，同步降低或增加机械力的产生，从而模拟真实感受。
制作压电面板及触觉再现装置的流程1. 制备压电材料：选择适当的压电材料并按照上述的制备方法进行制备。
2. 制作导电层：通过真空蒸镀、喷涂和印刷等方式制作导电层。
3. 制作压电层：通过烧结、单晶制备和溶液法等方法制备压电层，然后进行抛光。
4. 薄膜电容的制备：将导电层和压电层间的电容层制作成薄膜电容。
5. 安装感应器件：在压电面板或触觉再现装置的表面上安装一些感应器件，监测机械反馈的信号。
6. 结合电路板：将导电层、压电层和感应器件与电路板结合在一起，控制状态并传输信号。
2012年西安交通大学本科生科研训练和实践创新基金项目结题验收结果
附件：2012年西安交通大学本科生科研训练和实践创新基金项目结题验收结果项目编号学院项目名称项目负责人项目成员指导教师项目成绩能动学院T型微通道内分散相液滴特性研究李磊王窈、陈文骞、陈小爽种道彤优秀能动学院全自动智能烧奶营养锅李金龙王雷、杨可、崔志超、胡静王晓坡优秀能动学院集污水处理、贵重金属及电能回收于一体的多功能微生物燃料电池技术研究陈鹏玮高雷森、寇家静、温伯尧、王茂健王云海优秀能动学院多杂质氢网络最优提纯设计王茂健刘秦利、赵宪泽刘桂莲优秀能动学院工质可燃性测试实验装置的研制党诗勇任泽天、郭静文孟现阳优秀能动学院风光互补型海水淡化系统的优化设计孙勍铉曹旭、王来升、夏广辉、俞亦钊王江峰优秀电信学院3+1式直升机设计及对其摄像等功能的实现张辉万日栋、石勇义、张弛、段泽能杜清河优秀电信学院基于CAN总线的多电机智能控制系统董奭杨志宇、谢磊、杨昂、吴彝丹冯祖仁优秀电信学院电磁诱导透明光开关及路由器封玮康黄高坪、元佳敏张彦鹏优秀电信学院基于节能车的电量控制系统的研究孙鸿陈梦醒、昝鹏、巩舒、孔德志王晶优秀电信学院基于湿法转移的石墨烯堆叠工艺研究葛新渊孟延、郭强、王紫宽、熊赳刘卫华优秀人居学院通信基站用热管换热器的设计王甜冉思源、王亚庆、周凌宇、高照王沣浩优秀人居学院西北地区粘土尘粒对污染物表面吸附及非均相反应特性研究马惠颖王志洋、孙成斌、李晓东、李曦刘艳华优秀管理学院基于信任服务（credence-basedservices）的医患问题研究蒋鹏黄东旭、王修贤、王晓檬、陶晶高杰优秀理学院锂离子电池负极材料Co3O4的控制合成及其电化学性能研究卢参参覃一峰、张红佳、陶玮哲汪飞优秀法学院陕西凤翔泥塑经济价值开发过程中的知识产权保护刘翔丁晓琳、任佳、牛钰、骆君彦周方优秀生命学院基于nick酶切放大和脱氧核酶的铅离子检测方法的研究王宇宁施维、张冰、张婷、朱鸿源赵永席优秀生命学院基于安卓手机平台的家用式生理监测系统黄康蔺新雅、张娟、叱干鹏举、尹飞姚翠萍优秀生命学院秦岭地区土壤腹毛类纤毛虫的生物多样性和DNA库构建许恒何松柯、陈雅静、刘宇、高欣桐邵晨优秀生命学院载anti-miR-301壳聚糖纳米粒的制备及其抑制胰腺癌细胞增殖的实验研究刘玉霞张冰、海笑、齐磊、邹鸿晔孔令洪优秀生命学院便携式烧伤创面包扎绷带压力监测装置的研制肖建锋黄泓淦、严赟凡、高雅、周亮王珏优秀航天学院新型机舱分离救生机构秦科科刘兴、张波周进雄优秀航天学院太阳能飞机的制作及续航的优化设计武彤晖田明明周进雄优秀航天学院有动力滑翔伞（翼）模型的制作及其性能和使用研究文杰廖丹、李渊周进雄优秀经金学院陕南地区生态移民工程的政策分析王苗苗王彦奇、李彦维、任筱悦、陆海成冯宗宪优秀经金学院陕西省招商引资和产业转移研究丁祥苏小禹、杨伟光、王志文徐丽华优秀医学院ZNF804A基因在精神分裂症中的分子致病机制研究李慧娴马征、惠珂、陈慧马捷优秀医学院环糊精树状高分子在药物控制释放系统中使用的研究江宽孙雅楠、刘涛、杨凌飞、朱江畅李维凤优秀医学院计算机辅助个体化手术系统在复杂骨折诊疗中的使用任建利马彬、党武、任冯刚、袁竞妍李萌、李新友优秀医学院基于WHO/HAI标准化法的陕西省基本药物制度实效评估王乐李萌、朱珊、王怀斌方宇优秀医学院乙型肝炎病毒X蛋白对凋亡的影响及其在HBV宫内感染中作用的研究卢青卫萌、王楚莹、刘雯雁白桂芹优秀医学院新型可再生绿色环保溴代试剂的研制田超乃比·努斯热提、卜羽思、杨凌飞孟歌优秀医学院枸杞多糖在大鼠心肌缺血再灌注损伤中的作用及机制研究罗玲陈威、杨桓、徐向华、马承贤刘进军优秀机械学院节能车底盘轻量化及整体优化设计方案的研究蒋太权杨飞、李敏行、贺敏琪、王苗王晶合格机械学院面向Robocon大赛的智能机器人的设计和制作阳志雄廖依伊、轩杨、王睿、彭磊王晶合格机械学院智能轮式可上台阶机器人的设计和制造陈正涛王威、胡志勇、轩杨、李卓强王晶合格机械学院利用细胞打印技术体外构建三维平滑肌微组织刘俊聪黄熠文徐峰合格机械学院节能汽车壳体设计及制造汪洋丁宝庆、丁文朝、高飞、于罗钦王晶合格机械学院倾转三涵道风扇多功能垂直起降飞行器徐廷中杨亚军、金博龙、陈立功、姚团结赵立波、张安峰合格机械学院基于气动人工肌肉的肘部康复装置设计折应双张永强、周伟、占一方、于清泰刘吉轩合格机械学院PID控制磁悬浮演示仪魏昊翔李子昂、王亮徐学武合格机械学院光电作用下聚合物微型透镜阵列的加工试验研究汪骏飞付刚、贺敏琪、王黎光邵金友合格机械学院节能车转向系统稳定性和最小能耗的设计罗志陈啸东、王黎光、王嵽显、余磊王晶合格材料学院形貌、尺寸可控的NaYF3:Er,Yb稀土上转换发光纳米材料的制备及其光学性质研究董宇卿董文波、王玉娟、董梦舒卢天健合格能动学院新型血液黏度计的研制邹永攀李江涛、王子傲、张询孟现阳合格能动学院人体内耳淋巴液流动的数值模拟胥柯林宇韬、林杰、王伟、隋芳陈斌合格能动学院节能车125cc发动机节能化改造和研究邱羽马朝、刘道伟、柴得林、彭业顺王晶合格能动学院压缩机“呼吸效应”的研究及压开进气阀流量调节的改进李建军孙善凤、尹翾、洪超侯雄坡合格能动学院昆虫翅膀纹理结构在风力机叶片上的仿生学使用研究苏旭秦远智、张峰、邵栋李景银合格能动学院滤涂工艺制备基于共离子传导复相电解质低温固体氧化物燃料电池的研究洪海峰王峰、朱旭东黄建兵合格电气学院基于激光雷达的目标识别和随动系统研究孙力李卓强、胡志勇、吴彝丹、魏潇然牟轩沁合格电信学院自平衡小车的研究和制作李维启徐希楠、刘峰、程思婧、王映周邓建国合格电信学院纳米压电电子皮肤的器件建模曾云霖马祺云、李璟、高震霆、龚燎张国和合格电信学院显卡性能测试软件的设计和开发贾林林常志杰、韩维斌、王思远、朱礼航洪伟合格电信学院用光刻胶制备纳米琥珀的微区制造方法研究黄冬元佳敏、殷德民、高震霆李昕合格电信学院二手书网络信息交互平台杨柳青王璐妍、丁立、侯开宇、陈思程向前合格电信学院基于安卓系统的手机宠物软件赵炜华王宁、史亚博、李璞钻洪伟合格电信学院引入弯角及边缘缺陷的石墨烯晶体管模型的建模殷德民李豪、卜思童、孙松、冯立琛刘卫华合格电信学院LED灯具的智能自动化控制及使用曹劲宇张磊、黄然、董昊、李昌龙钱屹合格电信学院“计算机组织和结构”实验开发板的研制姜晨炜徐梓贺、李坤、姜维周姜欣宁合格电信学院大学生创新项目管理系统肖贝贝高惠泽、赵雨森、李兆星、吕阳阳周远合格电信学院虚拟3D试衣系统刘肖飞向环宇、刘鹏蛟、雷力明、顾敏郑卫斌合格电信学院硅上薄膜微带传输线制备和特性测试杜鑫王怡然、张也非、徐汉麟、张讷敏贺永宁合格电信学院基于安卓平台的“交大生活通”使用软件开发夏青山张雨辰、王子豪、闫飞宇、尧文斌李凡合格电信学院ZnO半导体结型紫外探测器制备和特性测试马珅慧李琳贺永宁、夏经华合格电信学院两轮自平衡移动机器人系统设计和实现桂若伟汪金亮、肖显峰昝鑫合格电信学院面向移植适应症普适医疗网络的数据诊断问题研究刘连理宋涵彧、王瑜、卢笑言、王映周赵仲孟、王嘉寅合格电信学院基于机器视觉的自动寻迹智能模型车系统设计和实现关新宇方超伟、张骏昝鑫合格电信学院迷你指纹识别器王宁孟越、吴建东曹海军合格电信学院太阳能光伏便携电源刘冬冬宋文杰、田博文、王天坛、黄越贺永宁、杨栋合格人居学院基于气候环境变化的黄陵县城镇规划策略研究冯昕晔谭颖、叶雯恰、赵芸婷、王元涛冯伟合格人居学院高大建筑中庭热湿环境控制的物理模型实验程嘉伟张恒睿、刘戴维、蔡超睿孔琼香合格人居学院文物本体可溶盐的水蒸气分压及迁移规律研究谭颖王元涛、宋涵彧、景端阳、贾亚光顾兆林合格管理学院我国高校教育基金管理的现状及对策研究刘欣顾维翰、夏骥远、王博、王凌潇田高良合格管理学院面向大学生异化行为的心理压力和动机分析仵林李可心、陈羿、陈骏、雷福茜相里六续、缑文恩合格管理学院中国房地产保有税的研究及国际比较李可心陈羿、王帅、程光路、王旭磊陈军合格管理学院我国商业银行非利息业务形成动因研究洪彬徐训迪、周娅、杨远志、王斌宴赵红合格管理学院美林证券的“投资时钟”理论在中国市场情景下的缺陷、改进和使用王琴谭思璐、刘亚坤、代鹏、张亚锋郭菊娥合格管理学院西安高新区建设世界一流科技园区的对策研究陶玮哲许婷、魏子荐韩平合格管理学院大学生创业的初始资源及其获取方式李德铭贝丽珠、李春晓、郭静雅、孙嘉楠赵文红合格管理学院我国商业银行实际利差形成机理研究郭凯崔雨竹、张玉林、任光茫、郭舒雅赵红合格理学院不同介质表面拉盖尔高斯光束在布鲁斯角附近的自旋霍尔效应赵瑞阳乔瑞喜、张丹、张艳宁高宏合格理学院金/银纳米团簇制备及其光学性能的研究徐川王蔚、王哲也、张聪黄丽清合格理学院随机变量序列的收敛性质研究石烈玉王开东、熊峰、洪东杰、徐凡吴云江合格理学院基于介孔碳包覆的SnO2纳米球电化学性能研究闻景林丁宇、黎建敏卢学刚合格理学院农村地区教育现况调查雍宏巍石烈玉、林琳王立周合格理学院基于基本参数法对XRF分析软件新功能的开发王文栋朱金林、李其昌王文慧合格理学院医用多功能无线呼叫系统赵锦文朱涛、屈直、赵育樱樊亚萍合格人文学院日本战国时期本土文化的西方色彩——大航海伊始西来文化对日本的冲击栾青林马文栋、卜思童、郑璐宋希斌合格人文学院信任危机和非政府组织的组织建构---以西安的非政府组织为例蒋金珠崔阳、姜曼、曾俊伟李黎明合格生命学院探索DNA转录因子结合位点区域变异对肥胖症的影响张宇杰邵明达、申世红、余大奇杨铁林合格生命学院基于单片机控制的多因素自适应防压疮坐垫系统徐杭胡亚杰、王越超、张宇李津合格生命学院壳聚糖衍生物-Ca2+配合物对绝经后骨质疏松症预防作用的研究朱宇浩朱向阳、刘慈禄、何刚栋、郝若涵张雅利合格生命学院纳米金提高激光光热治疗血管疾病疗效的研究丁梦莹冷俊园、路程、谭礼茂、马风超张镇西合格生命学院鞘脂激活蛋白C通过泛素-蛋白酶体通路影响前列腺癌细胞抑癌基因产物降解情况的研究高彬张攀、宋飞、黄操、张向军丁岩合格生命学院基于面部连续视频图像的心率、呼吸率检测算法及软件实现吴鹏高寻阳、王梦莹、王晶、邱红星张博合格生命学院神经营养因子修饰的PHA材料及其在中枢损伤修复中的使用研究牛腾梁程捷、熊文喜、陈晓峰、曾孟琦卢晓云合格生命学院DNA转录因子结合位点区域变异和骨质疏松症发病风险关联研究陈佳斌陈子毅、王鹏飞郭燕合格生命学院手机显微镜的开发及其在公共卫生健康中的使用韩萌王雪丽、潘慧兰徐峰合格生命学院Mci患者干预训练的软件开发王光远栾承龙、潘宁、徐方、吴聪徐进合格生命学院基于数据库的心电分析专家系统秦翠芳贾雅洁、李玉娇、丁淑君、孙欢周秦武合格生命学院颅内压传感器的研究和开发王逸飞张宏、王文奇、于蕴琪、黄健王刚合格生命学院非接触式体外射频充电装置张悦窦顺阳、庄伟、陈乾、张兆本陈翔合格生命学院聚焦超声—微波双模精细高效加热的探索邓莉菲张志阳、杨欣凯、王晶张思远合格生命学院基于胶体金线性凝聚共振光散射的生物光谱传感特性研究韩有茂王佳宜、陶银、高增强朱健合格公管学院陕西省卫生人力资源供需平衡预测模型构建研究杨艾赵晓丹、王九荣、张地、朱斌毛瑛合格航天学院扑翼机模型的制作及其结构稳定性和使用的研究白佳希丁佳录周进雄合格航天学院蜻蜓机（旋翼和固定翼相结合飞机模型设计制作）王亚李墨筱、刘浪周进雄合格经金学院新欧亚大陆桥（公路和铁路）的成本和收益核算宁宇琪刘泽如、栾孟玉、李真、肖焓樊秀峰合格医学院基于CBCT的后牙管间峡区和根尖分歧长度的测量张亦欣旦巴措成、杨倩娟、刘洁、田连栋侯铁舟合格医学院2型糖尿病常见心理问题的识别和干预狄佳卢婧、王放高成阁合格医学院颈总动脉阻断后再通对大鼠慢性脑缺血致空间认知功能障碍的改善作用的研究高中洋黄治鑫、马征、曹瑾、常莎陈新林合格医学院EPO对D-半乳糖胺致小鼠急性肝损伤的保护作用及其机制研究贺毅李海源、刘欣、陈欢、刘健帮陈莉娜合格医学院不同产地香菇和木耳中多糖的含量及抗氧化作用比较张波吕艳妮、张婷婷、郭育鑫、贺改燕石娟合格医学院乙醇对大鼠急性CO中毒的作用强乐白玛曲珍、罗桑旦增、王颖、洛桑欧珠马丽霞合格医学院探讨肾纤维化大鼠α-SMA 、TGF-β1和NF-κB的早期变化及大蒜素干预肾纤维化疗效研究王晓培谢志超、常琳、卢强、李志强黄燕萍合格医学院中重度弯曲根管内断针取出成功率及安全性评价石昕王杰、王昕、张江琳、刘阳李志丹合格医学院西安市聋哑学校6-12岁学生的口腔健康状况的调查分析李寅李丹、李菲菲、郜崇昌、李晚晚田剑刚合格医学院胺碘酮对HERG基因突变体L539L539fs/47及L539fs/47-＊558W的药物干预研究邓莉莎赵茜茜、贾晶、卫月娇孙超峰合格医学院拐枣七药材生物碱类成分的含量测定及其抗氧化活性的研究陈晨种藤藤、于琛郭增军合格医学院甲基苯丙胺对LPS刺激小鼠肥大细胞的影响周翔艾克热木江·阿尔肯、赵铮、芦娇娇、胡亚光陈艳炯合格医学院肾上腺交感神经离断对人工诱导高血压大鼠的实验性治疗宗良罗玉梅、刘苏顺、顾梦超、窦常伟胡浩合格医学院山竹提取物Xanthones对胰腺癌细胞的抑制作用及可能机制邓忠田谦、杨澜、王越马振华合格医学院骨破坏在骨癌痛发生、进展中的作用研究周天慧冯维、姜嘉媛、孙超陈妍珂合格医学院慢性铅中毒动物模型及果胶排铅机制的初步研究朱中海徐航超、隋芳、刘丹丽、厉云韩蓓合格医学院H3K4甲基化在低硒大鼠软骨发育作用的研究张景龙秦子力、童杰、陈杰吕社民合格医学院使用裸鼠胰腺癌模型研究β-Mangostin的抑瘤效果及它对吉西他滨的化疗增敏作用李建波尹涵、谢伟、马赛、尹嫣君马清涌合格能动学院结合太阳能加热技术的可控温供暖系统研究罗遥远赵磊、代欣波刘继平不合格能动学院对分布式能源系统在绿色建筑中使用的研究和创新张哲弛周楠、李启帆、孙回回、许欣党政不合格电气学院基于物联网的节能型“e文化”鞋廖伟超黄超、邵永胜、常亮、王思达李振荣、夏颂不合格电信学院Virtual Directory EnabledSFTP Server(VDE-SFTPD)张敬强王鹏陶敬不合格人居学院关中地区农村垃圾处理问题及其对环境的影响闫文龙袁改李旭祥不合格管理学院基于双渠道供应链的库存优化问题程光路孙嘉楠、王旭磊、赵乃龙苏秦不合格理学院油水两相界面金纳米结构演化机理研究张家宬王亮、余成章、张宇杨生春不合格理学院磁马氏体材料的相变规律及磁控成相现象的研究张媛媛叶昌堃、张华、张继元、张华琛高博不合格生命学院基于GPS和GMS技术具有导航、定位、求救功能的智能拐杖刘刚孔庆乐、胡佳兴、张萌、程宝庆李延海不合格航天学院表面附加装置对列车交会时表面压力波动的影响许杨白迪湛文毅不合格。
压电 器件
压电器件是由压电材料制成的器件，在电子技术中应用广泛。 压电器件包括石英晶体谐振器、压电陶瓷滤波器、压电陶瓷陷 波器、压电陶瓷鉴频器、压电陶瓷变压器、大功率超声波发生 器、水声换能器、声表面波器件、电声器件等。本章仅重点介 绍石英晶体、压电陶瓷滤波器和声表面滤波器。
石英晶体又称石英晶体谐振器，是一种用于稳定频率和选择 频率的电子元件。由于制作工艺的提高和制作成本的降低，目 前石英晶体已被广泛应用于军用电子设备、通信设备、数字仪 表及日用钟表等。
• “教是为了不需要教”，“管是为了不需 要管”，这是对学生进行教育和管理的直 接目的所在。所以，学校教育和上管一理页下者一一页 返回
第一讲 学生管理的原则和方法
• 2.中小学学生生活常规管理 • (1)要重视对学生生活常规的管理
• 殊不知，生活能力和素养不仅是现代人素 质的一个重要方面， 而且也直接影响学习效率。如生活习惯不 好的人，容易造成健康障碍和人际关系障 碍，从而影响学习；生活能力低下的人也 必然会影响生活质量，从而影响身心健康， 导致学习效率低下。所以，学校加强对学 生生活常规管理，提高学生的生上活一质页下量一意页 返回
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图6.2.1 石英晶体谐振器的一种结构 图6.2.2石英振荡器的封装
4
图6.2.3 某些晶振元件
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2.石英晶体的类型
石英谐振器按其精确度大致可分为普通型、精密型和高精密
型三种。它们的频率稳定度分别为10-5、10-6和10-8。
3.石英晶体的型号
石英晶体的型号由三部分组成，第一部分表示外壳形状和材
第一讲 学生管理的原则和方法
• 三、中小学学生管理的基本原则
• 1.尊重学生的人格与个性 • 现代社会的管理理念告诉我们，尊重是管
压电器件设计制作
夹心型振子
� 夹心型振子是利用压电陶瓷沿极化方向的伸缩 振动效果最好，即纵向机电耦合系数K33效率最谐振频率在50kHz以下的振于，其沿极化 方向的厚度应为4厘米以上。对于这样厚的振 子，在工艺上如烧成和极化等都很困难，而且 其内部阻抗很高。 � 为了克服这些缺点，设计制成夹心型振子，即 陶瓷厚圆片的极化与厚度方向平行，它的两侧 胶粘两个金属圆柱而组成夹心振子，整个振子 的厚度等于基波的半波长。
夹心型振子
� 这种结构的优点在于既利用了陶瓷的纵向效 应，又得到了较低的谐振频率。 � 只要金属与陶瓷的厚度选择适当，陶瓷弹性常 数的温度系数可以由金属弹性常数的温度系数 所补偿，因此夹心型振子的频率温度系数很 小，温度稳定性好。
夹心型振子
� 夹心型振子工作频率一殷在几十千赫到几百千 赫范围，但Qm较大，带宽较窄。 � 为了降低Qm和增大带宽，通常将声辐射端的金 属圆柱改用轻金属(如铝、镁等)，并在辐射面上 钻许多小圆孔。这样，除了可提高辐射效率 外，还可使Qm降低一半以上，带宽增加一倍以 上。
f a = 7.1× 10 4 t (Hz ) a
弯曲振动型振子
� 双陶瓷片的中间层的材料及厚度的选取在最佳 设计时是很重要的。若采用铝作中间层，则它 的厚度与整个带有金属片的双陶瓷片总厚度t之 比选定在1/3附近，而给出的机电耦合系数差不 多是最大值。 � 双陶瓷片的总厚度t与半径a之比(即t/a)也是这类 换能器的一个重要参数。当改变t/a之比以及陶 瓷片半径a时，可以得到一组具有同样频率的振 动器。 � 这种弯曲摄振功型振子的工作频率一般为几百 赫到几千赫。
喇叭型振子
� 为了增大辐射面积和增大输出功率等，由夹心 型振子改为喇叭型振子。
喇叭型振子
喇叭型振子
西安交通大学科技成果——压电材料和压电器件
西安交通大学科技成果——压电材料和压电器件产品和市场1、压电材料：实现电信号与声信号相互转换的材料；压电器件：利用压电材料制成的器件（换能器），实现对目标的感知、探测和侦查。
2、压电材料的应用：军用水声、工业超声和医用超声。
军用水声-水声换能器工业超声-超声检测医用超声-超声探头3、压电材料的市场需求（1）军用水声领域市场巨大、需求急迫、意义重大；应用于声呐、鱼雷、水雷、海底观测等，关乎军工国防和装备能力提升。
（2）工业超声领域车身探伤、自动化车轨探伤：依赖进口。
航天航空、核电等核心军工领域探测设备无法进口。
两点结论：采用压电单晶将大幅提高性能（探测精度等）；该领域市场规模大于医用超声。
（3）医用超声领域市场规模估算：截至2016年末，国内共有三甲医院1300左右，按照每家三甲医院50台B超机，每台B超机配4支探头国内三甲医院探头需求总量为26万支。
国内单晶探头、单晶材料的需求市场规模分别为470亿、26亿（三年）。
中国占全球超声市场规模的1/5，则全球医用超声单晶探头市场规模为2280亿元。
医用超声单晶材料市场规模为43亿/年（26亿*5/3，探头为消耗品），2016年仅为1.6亿人民币。
目前单晶在探头材料市场占比仅为4%。
项目介绍该项目以研发生产高门槛、高收益的新型压电单晶为核心业务，面向军用水声、工业超声市场，定制并销售单晶材料和超声探头。
课题组先后研究了直径1-5英寸的单晶生长，生长出压电性能优异的Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3（PMN-PT）和Pb（In1/2Nb1/2）O3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3（PIN-PMN-PT）单晶材料，目前已实现了3英寸、4英寸单晶的小批量生产，实现了5英寸单晶的实验室生产。
单晶生长技术达到国际先进水平。
（1）1英寸和1.5英寸压电单晶（2）2英寸和3英寸压电单晶（3）4英寸和5英寸压电单晶（4）单晶切片项目优势（1）成本优势：20年研究成果与产业化经验的结合；与其它平台资源协同合作，降低初期投入。
西安交通大学首次研制出性能优越的无铅压电材料
西安交通大学首次研制出性能优越的无铅压电材料
佚名
【期刊名称】《《光机电信息》》
【年(卷),期】2009(26)12
【摘要】西安交通大学的一个科学研究小组11月27日对外宣布了一项最新研究成果：制造出一种对环境无害的无铅压电材料——锆钛酸钡钙，其压电性能超越了全世界使用了长达半个世纪、但对人体和环境有害的核心压电材料——锆钛酸铅（PZT）陶瓷。
【总页数】1页(P40)
【正文语种】中文
【中图分类】TN949.199
【相关文献】
1.中国科学家首次研制出性能优越的无铅压电材料 [J],
2.西安交大研制出无铅压电材料 [J],
3.西安交大研制出无铅压电材料 [J],
4.西安交大研制出无铅锆钛酸钡钙压电材料 [J],
5.西安交大研制出无铅锆钛酸钡钙压电材料 [J], 谭强
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§1.1 压电效应
对某种介质施加机械应力，导致介质两端表 � 正压电效应： 正压电效应：对某种介质施加机械应力，导致介质两端表 面上出现符号相反的束缚电荷，电荷密度与外力成正比。 这种由于机械力的作用而使电介质产生极化并形成表面电 荷的现象叫正压电效应。 F
－－－－－ － ＋＋＋＋＋ 极化方向 －－－－－ ＋＋＋＋＋ ＋ 正压电效应示意图 （实线代表形变前的情况，虚线代表形变 后的情况）
Z � 通常把沿电轴x方向的力 Z 作用下产生电荷的压电效 应称为“纵向压电效应”， 而把沿机械轴y方向的力 Y X 作用下产生电荷的压电效 应称为“横向压电效应”。 X 而沿光轴z方向的力作用时(a)理想石英晶体的外形 (b)坐标系 不产生压电效应。
石英晶体
z z b o o x y x o y z
石英晶体
� 天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体 学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵向轴Z－ 光轴 ；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的X－X 称为光轴 光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的 Z称为 电轴 ；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y－Y轴 轴称为 轴称为电轴 电轴；与 机械轴 。 （垂直于正六面体的棱面）称为 （垂直于正六面体的棱面）称为机械轴 机械轴。
居里点
t/℃
100 200 300 400 500 600
相对介电常数 石英在高温下 石英在高温下相对介电常数 的温度特性
石英晶体
� 石英晶体的突出优点是性能非常稳定，机械强度高，绝 缘性能也相当好。但石英材料价格昂贵，且压电系数比 标准仪器 或要求较高 压电陶瓷低得多。因此一般仅用于 压电陶瓷低得多。因此一般仅用于标准仪器 标准仪器或要求较高 的传感器中。 � 因为石英是一种各向异性晶体，因此，按不同方向切割 的晶片，其物理性质（如弹性、压电效应、温度特性等） 相差很大。为了在设计石英传感器时，根据不同使用要 求正确地选择石英片的切型。 � 石英晶片的切型符号表示方法：
无对称中心
有对称中心
Interrelationship of piezoelectric and subgroups on the basis of symmetry
32 Symmetry Point Groups
21 Noncentrosymmetric
11 Centrosymmetric (non-piezoelectric)
Y + + - X + Y + X
(a ) (b ) 硅氧离子的排列示意图 （a）硅氧离子在Z平面上的投影 （b）等效为正六边形排列的投影
石英晶体
� 1——正电荷等效中心 � 2——负电荷等效中心
石英晶体压电模型 (a) 不受力时； (b) x轴方向受力； (c) y轴方向受力
石英晶体
� α—石英晶体的最大特点：性能稳定，频率温度系 数低（可以做到频率温度系数接近于零），在通讯 技术中有广泛地应用。
� IRE标准规定的切型符号表示法； � 习惯符号表示法。
石英晶体
� IRE标准规定的切型符号包括一组字母（X、Y、Z、t、l、b） 先后排列顺序 ，表示 和角度。用X、Y、Z中任意两个字母的 中任意两个字母的先后排列顺序 先后排列顺序，表示 厚度 和长度的原始方向 ；用字母t（厚度）、l（长 石英晶片 石英晶片厚度 厚度和 长度的原始方向；用字母 度）、b（宽度）表示旋转轴的位置。当角度为正时 ,表示逆 时针旋转；当角度为负时,表示顺时针旋转。例如：(YXl)35 º )35º Z’ Z 切型，其中第一个字母Y Z 表示石英晶片在原始位置(即旋转 前的位置)时的厚度沿Y轴方向， 第二个字母X表示石英晶片在原 始位置时的长度沿X轴方向，第 三个字母l和角度35 º表示石英晶 35º º。 片绕长度逆时针旋转35 35º
� 1880年，居里兄弟发现了石英晶体存在压电效应。 国工程 师保罗兰杰文 （Paul Langevin）是第 � 1917年法 年法国 工程师保罗兰杰文 师保罗兰杰文（ 将压电效应应用于实际工程检测，他将石英晶体用 一位 一位将压电效应应用于实际工程检测，他将石英晶体用 于水底声纳换能器上，专门用来侦测德国潜水艇，这也 。 是压电材料的首次应用 是压电材料的首次应用。 � 1921年，J.Valasek发现了水溶性酒石酸钾钠具有压电 性。 � 第二次世界大战期间，磷酸二氢铵（ADP）、铌酸锂等 压电晶体相继被研制出来。
20 Piezoelectric Polarized under stress
10 Pyroelectric Spontaneously polarized
Subgroup Ferroelectric Spontaneously polarized Polarization reversible
§1.2 压电材料的发展历程
35
Y’ O Y
O X
(a )
Y
X (b)
（YXl）35°切型 （a）石英晶片原始位置 （b）石英晶片的切割方位
石英晶体
º切型，它表示石英晶片原始位置的 又如（XYtl）5º/-50 /-50º 厚度沿X轴方向，长度沿Y轴方向，先绕厚度t逆时针旋 º，如图。 转5º，再绕长度l顺时针旋转50 50º
压电器件设计制作
西安交通大学 电子信息与工程学院 电子科学与技术系
压电陶瓷
压电器件设计制作
第1章 压电材料与器件 第2章 压电方程 第3章 压电振子 第4章 压电谐振器 第5章 压电滤波器 第6章 叉指换能器 第7章 其它压电器件
参考书目
� 黄新友，高春华，电子元器件及其材料概论，北京： 化学工业出版社，2009 � 王春雷，李吉超，赵明磊，压电铁电物理，北京： 科学出版社，2009 � 刘梅冬，许毓春，压电铁电材料与器件，湖北：华 中理工大学出版社，1990 � 冯冠平，谐振传感理论及器件，北京：清华大学出 版社，2008 � 张沛霖，钟维烈，压电材料与器件物理， 山东：山 东科学技术出版社，1996
�
压电单晶
� 具有各向异性，改变切型或声波传播方向可 获得不同的材料特性； � 优良的均匀性； � 新型材料开发难度大； � 价格较高。
石英
� 石英晶体化学式为 SiO2，是单晶体结构。 � 压电器件使用的是 α-石英，它是石英的低温相，温度达到 573°C以 上时可转变为β-石英。压电器件早期使用的是天然石英， 20世纪50 年代后，采用水热法培育了大量优质人造石英，用于制作各种压 电器件。
§1.1 压电效应
在晶体上施加电场，将产生与电 逆压电效应：在晶体上施加电场，将产生与电 � 逆压电效应： 场强度成正比的应变或机械应力，这种现象称 之为逆压电效应。
－－－－－－ ＋＋＋＋＋＋ 极化 方向 －－－－－－ ＋＋＋＋＋＋ 逆压电效应示意图 （实线代表形变前的情况，虚线代表形变后的情况） 电场场场 场方方方 方向向向 向 电电电
铌酸锂
压电陶瓷
� 压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多晶压 电材料，它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。电 畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向，从而 存在一定的电场。在无外电场作用时，各个电畴在晶体 上杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始的 压电陶瓷内极化强度为零。
1.00 0.99 0.98
斜率： －0.016％/℃
6 5 4 3 2 1 0
相 对对对 对 介介介 介 电电电 电 常常常 常 数数数 数 相相相 ε εεε
d t / d 20
0.97 0.96 0.95 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
20
t℃
相对于20℃的 石英的d11系数 系数相对于 d11温度变化特性
§1.2 压电材料的发展历程
� 1947年S.Robert 发现BaTiO3的强压电效应，这一发 现是压电材料发展史上的一次飞跃。 � 1954年美国的Jaffe等发现锆钛酸铅（PZT）陶瓷的具 有良好的压电性能，PZT系固溶体在多形相界附近具 有良好的压电介电性能，机电耦合系数近于BaTiO3 陶瓷的一倍。在以后的60年间，PZT材料以其较强且 稳定的压电性能成为应用最广的压电材料，是压电换 能器的主要功能材料。PZT材料的出现使得压电器件 从传统的换能器及滤波器扩展到引燃引爆装置、电压 变压器及压电发电装置等。 � 上世纪九十年代，以PMN-PT为代表的弛豫型铁电单晶 被研制出来，具有极高的压电性和机电耦合系数。
第1章 压电材料与器件
§1.1 压电效应 §1.2 压电材料的发展历程 §1.3 几种压电材料 §1.4 压电材料的应用
§1.1 压电效应
电极 －－－－－ ＋＋＋＋＋ 极化方向 自由电荷 束缚电荷
－－－－－ 电极 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附 的自由电荷示意图
当对其施加一个与极化方向平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚 电荷层的间距变小，而使表面的自由电荷过剩出现放电现象； 当所受到的外力是拉力时，将会出现充电现象。 外加电场与极化强度方向相同，极化强度增大，陶瓷沿极化方向伸长形变； 外加电场与极化强度方向相反， 陶瓷沿极化方向缩短形变；
§1.2 压电材料的发展历程
几种典型压电材料性能比较
BT压电 陶瓷 压电系数 d33(pC/N) 机电耦合系数k33 电致应变 居里温度Tc (oC) ～200 ～50% <0.1% 120
PZT压电 陶瓷 ～500 ～60% 0.1% 300
弛豫铁电单晶 (PMN-PT) 大于2000 ～90% 1－2% 140-170
Z Z’ Z Z’’
50°
Y’ O X
Y
O
(a)石英晶片原始位置
Y 5° (b)石英晶片的切割方位
石英晶体
特有 的表示法，它由两个大 习惯符号表示法是石英晶体特有 特有的表示法，它由两个大 � 习惯符号表示法是石英晶体 写的英文字母组成。例如，AT、BT、CT、DT、NT、 MT和FC等。