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1、东莞思威特电子压电陶瓷的典型应用一、压电声响器 Piezoelectric ceramic sounder1、发声元件的结构 The structure sounding element罗宾逊和迪得逊对健康人的耳朵进行测验的结果，发现耳朵对 3 千赫左右的频率最为敏感。因此，压电陶瓷发声元件的谐振频率设计在 3000Hz 左右。 一般采用如图 2.25 所示结构，其外形尺寸为直径 10-50 毫米，总厚度 0.4-0.5 毫米.在压电陶瓷发生元件上施加交变电压时,发声元件挠曲振动，振动基波的谐振频率可由下式给出 :Robinson and Dixon tested the healthy hu
2、mans ears, they had found that the most sensitive frequency is 3KHz to humans ear. So, the resonant frequency of piezoelectric ceramic sounder is 3KHz in design. Generally, using the structure as shown in Fig.2.25, the diameter size is in 10-50 mm, the total thickness is in 0.4-0.5 mm. The sounder e
3、lement will produce flexural vibration when the piezoelectric ceramic element input AC voltage. The resonant frequency of fundamental vibration wave is shown the formula.金 属 振 动 片 压 电 陶 瓷 片图 2.5压 电 陶 瓷 发 声 元 件 的 结 构 示 意 图C-振动片固定方式常数(波节固定时为 0.467,周边固定时为 0.233);t-厚度; r-半径;Y0-杨氏模量;0-金属振动片和压电陶瓷片的合成密度。因此
4、，当材料一定时，压电陶瓷发声元件的频率与其总厚度成正比，与其半径平方成反比。如图 2.26 所示.C-The fixed mode constant of vibrator(Wave node fixed mode equal to 0.467, Circum node fixed mode equal to 0.233);t- thickness; r- radii; Y0-Young modulus; 0- Metal disk and piezoelectric ceramic disk of combining density So, the frequency of piezoele
5、ctric ceramic sounder and the total thickness are direct proportion, and the quadratic radius is inversely proportion when the material is given. As shown in Fig.2.26.谐振频率(kHz)图 2.6 复 合 振 动 片 直 径 和 谐 振 频 率 的 关 系复 合 振 动 片 直 径 (m)压电陶瓷发声元件的谐振频率随复合振动片直径的增加成指数曲线下降。 发声元件中的压电陶瓷片的大小主要根据对阻抗的要求确定。图 2.28 是压电陶瓷
6、片的直径 d 与金属振动片的直径 D 的比值与谐振阻抗的关系。The resonant frequency of piezoelectric sounder and the diameter compound vibration plate decreases with the exponential curve. The piezoelectric ceramic size of sounder is confirmed which is based on the required impedance. The ration of piezoelectric ceramic diameter
7、 d and metal diameter D, it and the resonant impedance relation is shown in the Fig.2.28.阻抗 ()图 2.8d/D比 值 与 谐 振 阻 抗 的 关 系压 电 元 件 直 径 : 10-45m金 属 振 动 片 直 径 37()由图可知，对于基波振动来说，d/D 的比值越趋近于 1，谐振电阻越小，即要获得较低的阻抗值必须使压电陶瓷片的直径接近于金属振动片的直径，其比值小于 0.7。It can be seen from the figure, for fundamental wave vibration,
8、 d / D ratio is approach 1, the resonance resistance is getting smaller, the piezoelectric ceramic plate diameter need close to the metal diaphragm diameter if we need to obtain the low impedance value, the ratio is less than 0.7.2、发声元件对材料的要求 Requirements of sounder element materials1)、金属材料的选择：振动片用材
9、料应具有良好的导电性，而且容易加工的金属弹性材料，表 2.7 列出金属材料的特性。 制作发声元件振动所用的金属材料，其杨氏模量应大而线膨胀系数应尽量接近 PZT 等压电陶瓷材料的线膨胀系数。表 2.7中所列的钛、不锈钢、磷青铜和黄铜均较合适，其中以钛最为理想，但是价格太昂贵；因此，常用的金属材料是黄铜和不锈钢二种。由于黄铜的杨氏模量比不锈钢的小，由式（2.25）可知,这就是为什么当两者尺寸相同时,用不锈钢振动片的谐振频率比用黄铜振动片的频率要高的原因。1), Metal materials selection: The materials of vibration should have go
10、od electrical conductivity, and easy to processing elastic metal materials, Table 2.7 lists metal material characteristics. Making a sound element using in plate vibrator, the youngs modulus and linear expansion coefficient should be possible close to the piezoelectric ceramic material. Listed in ta
11、ble 2.7 titanium, stainless steel, phosphor bronze and brass are more appropriate, Titanium is the most ideal, but the price is too expensive; So , the brass and stainless steel are used commonly. Because the Youngs modulus of brass is less than the stainless steel, as the formula (2.25) shows,This
12、is why when the same size, the resonant frequency of stainless steel vibrator is higher than using the brass.表 2.7 几种金属材料的性能材 料 线 膨 胀 系 数 ( -1)杨 氏 模 量 N/m2铌 镁 酸 铅 压 电 材 料铜黄 铜磷 青 铜铝钛 50873不 锈 钢2)、对压电陶瓷的材料要求：当发声元件的频率一定时，总希望发声元件的输出声压越高越好，而输出声压的高低取决于驱动复合振动片的力的大小，这一驱动力可由下式决定：F = CE 33TKp V (2.26)CE-弹性劲度常
13、数；33 T -自由相对介电常数；Kp-平面机电偶合系数；V-驱动电压;其中的 CE， 33T 和 Kp 为材料的特性参数，因此，要获得较高的声压，必须选择具有较高弹性劲度常数，按高自由相对介电常数和较高平面机电耦合系数的压电陶瓷。通常选用 Kp60%， 33T3500 的压电陶瓷材料。2), The requirements of piezoelectric ceramic material: when the frequency of sound element is constant, Hoping sound element output sound pressure level th
14、e higher the better, and the output sound pressure depends on the driving force of composite vibrator, the driving force is determined by formula (2.26):压电陶瓷发声元件的规格和主要性能：压电陶瓷发声元件根据其不同用途有不同的电极结构，图 2.29 中示出两种不同的形式。 A 型 D 型图 2.9压 电 陶 瓷 发 声 元 件 的 结 构 形 状其中 A 型为最常见的形式，用他激电路驱动，能发出动物的模拟声。D 型带有反馈电极，可采用自激电路，
15、使电路简单化，能发出大的声音。The type A is the most common form, using external drive circuit, can produce simulate animals sound. The type D there is feedback electrode, using self- drive circuit, the circuit is simple, can make a loud sound.3、压电声响器的结构和性能 The structure and properties 1）压电陶瓷发声元件的固定方式有三种 The Piezo
16、electric sound element was fixed, there is three modes.波节圆固定，压电陶瓷发声元件处于自由振动的状态，阻抗最小。周边固定，被固定的部分略有振动，故阻抗最大，频率较低。中心固定，阻抗较小，频率最低。波节直径 d 和金属片直径 D 关系如下式： d=0.55DFixed in the nodal circle, the piezoelectric ceramic sound element in free vibration state, the impedance is minimal.Fixed in the surround, the fixed part can vibrate a little part, so the impedance is highest, the frequency is lower.Fixed in the center, the impedance is
