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　　实验名称：空气复合材料振动状态测试

　　研究方向：随着信息化、智能化科技需求的不断提升，压电陶瓷发展也进入了新纪元。压电复合材料的出现强有力地推动了医疗超声、水声换能器、鱼雷探测器等技术领域的发展。其中，1-3型压电复合材料因具有声阻抗低、密度低和机电特性高等优势而被研究者广泛关注。3－2型陶瓷－空气压电复合材料是一种具有特殊结构的压电材料，由压电陶瓷和空气按一定连通方式、体积质量比及空间分布组合而成。这种复合材料结合了压电陶瓷的优良压电性能和空气的轻质特性，从而呈现出独特的物理和电气性能。由于压电陶瓷的引入，复合材料具有较高的机电耦合系数，能够实现高效的机械能与电能之间的转换。空气作为复合材料的组成部分，使得整体材料的声阻抗较低，有利于声波的传播和接收。通过调整压电陶瓷和空气的分布、比例等参数，可以设计出具有不同性能的复合材料，以满足不同的应用需求。

　　实验目的：验证3-2型陶瓷－空气复合材料具有比1-3型压电复合材料更好的压电特性为后续实验做论证和铺垫。

　　测试设备：ATA-4315高压功率放大器、信号发生器、示波器、激光测振仪等。

　　实验过程：首先由函数发生器激发频率范围为100kHz~400kHz的激励信号通过ATA-4315高压功率放大器放大施加在陶瓷两端，观察3-2型压电复合材料的厚度振动模态。测振仪实时刷新振幅、速度、加速度随时间的变化状态，同时进行快速傅里叶变换，自动捕获频谱尖峰信息，示波器监测陶瓷两端电压变化，其实验原理框图如图1-1。

　　图1-1：3-2型陶瓷压电特性研究实验框图

　　实验结果：由图1-2可见，在陶瓷体积占比相同的前提下，3-2型陶瓷－空气复合材料共振频率为190kHz，高于1-3型压电复合材料共振频率162kHz。这是因为3-2型压电材料无聚合物环氧树脂的约束，压电小柱做自由振动，振动频率高于1-3型压电振子。在共振频率下3-2型压电振子的位移是3.840nm，大于1-3型的2.857nm。由于正、负离子在电场力作用下会发生相对位移，导致晶体内部产生内应力，最终使晶片发生宏观形变。晶体表面出现的电荷由图1-2可见，在陶瓷体积占比相同的前提下，3-2型陶瓷－空气复合材料共振频率为190kHz，高于1-3型压电复合材料共振频率162kHz。这是因为3-2型压电材料无聚合物环氧树脂的约束，压电小柱做自由振动，振动频率高于1-3型压电振子。在共振频率下，3-2型压电振子的位移是3.940nm，大于1-3型的2.857nm。由于正、负离子在电场力作用下会发生相对位移，导致晶体内部产生内应力，最终使晶片发生宏观形变，晶体表面出现的电荷。

　　图1-2：Z方向振动位移对比图

　　功率放大器推荐：ATA-4315

　　图：ATA-4315高压功率放大器指标参数

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