[發明專利]壓電陶瓷環機械品質因數計算方法和裝置

有效

• 申請號: 202010086121.8
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111310399B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 董曉霄;袁越
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06Q10/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

本發明公開了壓電陶瓷環機械品質因數計算方法和裝置，方法包括建立壓電陶瓷環含損耗的解耦等效電路模型；對等效電路模型進行仿真計算，得出阻抗?頻率特性曲線；通過阻抗頻譜計算壓電陶瓷環在共振頻率和反共振頻率下的機械品質因數。本發明基于含損耗的解耦等效電路模型，對徑向振動模態的壓電陶瓷環進行仿真分析，并通過計算得到壓電陶瓷環在共振頻率和反共振頻率下的機械品質因數，該方法計算過程簡單，計算效率高，能夠針對壓電陶瓷環的機械品質因數進行準確估算。

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷環機械品質因數計算方法和裝置，屬于壓電材料特性研究的技術領域。

背景技術

壓電陶瓷是一種智能壓電材料，當對其施加交變的電場后，可以通過機電耦合效應在壓電體中激發出各種模態的彈性振動，其中徑向振動模態是最基本的振動模態之一，在壓電換能器、超聲波電機和壓電傳感器等設備中具有廣泛的應用。機械品質因數是衡量壓電陶瓷的一個重要參數，它表示在振動轉換時材料內部能量消耗的程度。機械品質因數越大，能量的損耗越小。壓電陶瓷的機械品質因數可以根據其等效電路模型仿真得到的阻抗頻譜計算求得。

等效電路法是分析壓電陶瓷特性的一種常用方法，具有計算簡單、效率高和經濟性的特點。但是目前，針對壓電陶瓷環的徑向振動模態等效電路研究中，大多只考慮壓電陶瓷環的介電損耗或彈性損耗，而對于壓電損耗的研究較少。但是，已有研究表明壓電損耗對壓電材料的發熱特性具有較大影響。因此，應充分考慮壓電陶瓷中的三種內在損耗，才能對壓電陶瓷的機械品質因數及發熱機制進行準確的評估。

發明內容

本發明旨在針對現有技術中存在的以上不足，提供基于等效電路模型的壓電陶瓷環機械品質因數計算方法。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于等效電路模型的壓電陶瓷環機械品質因數計算方法，包括，基于預先確定的壓電陶瓷環參數建立壓電陶瓷環的含損耗的解耦等效電路模型；

對等效電路模型進行仿真計算，得出阻抗-頻率特性曲線；

通過阻抗頻譜計算壓電陶瓷環的機械品質因數。

預先確定的壓電陶瓷環參數包括壓電陶瓷環內徑r₁、外徑r₂、厚度w、介電常數、壓電系數、恒電場下的柔順系數、泊松比、介電損耗因子、彈性損耗因子和壓電損耗因子。

所述壓電陶瓷環的含損耗的解耦等效電路模型包括位于變壓器原邊的電學輸入端口和位于變壓器副邊的兩個機械輸出端口。

進一步地，所述壓電陶瓷環的含損耗的解耦等效電路模型具體包括壓電陶瓷環的靜態電容C_d、等效介電損耗R_d、第一機械損耗R_1p、第一機械能量X_1p、第二機械損耗R_2p、第二機械能量X_2p、第三機械損耗R_3p和第三機械能量X_3p；

所述靜態電容C_d和等效介電損耗R_d并聯在變壓器的原邊兩端構成電學輸入端口；

所述第三機械能量X_3p和第三機械損耗R_3p串聯連接在變壓器副邊的一端，所述第三機械損耗R_3p的另一端分別連接第一機械損耗R_1p和第二機械損耗R_2p的一端，所述第一機械損耗R_1p的另一端連接第一機械能量X_1p的一端，第二機械損耗R_2p的另一端連接第二機械能量X_2p的一端，所述第一機械能量X_1p的另一端連接所述第二機械能量X_2p的另一端并連接至變壓器副邊的另一端。