压电换能器是指使用压电资料的正逆压电效应制成的换能器，就是指能够直接进行能量转化的器材。压电换能...。
压电换能器是指使用压电资料的正逆压电效应制成的换能器，就是指能够直接进行能量转化的器材。压电换能器的使用非常广泛，它按使用的职业分为工业、农业、交通运输、日子、医疗及军事等许多职业，按完成的效果分为超声加工、超声清洗、超声勘探、检测、监测等。压电换能器的能量获取作为动力收回再使用的办法之一具有极端严重的实践意义和研讨价值，且压电陶瓷的压电效应特性有重要的使用价值，本文在单层压电悬臂梁在其自在端放置质量块的情况下进行低频振荡的能量获取进行了特性研讨，给出了其特性的改动规则。
压电悬臂梁的作业原理是在压电层的上下电极之间施加交变电压，由逆压电效应，在压电层大将产生相应的变形然后带动微悬臂梁振荡。(如图1)树立的模型为压电悬臂梁两层结构，以PZT为压电薄膜资料，不锈钢为压电悬臂梁型的结构。运用微加工技能，在绝缘体上不锈钢存底上制备较厚的压电薄膜，不锈钢层作为首要弹性层。
为了下降谐振频率，在自在端固定以质量块，使之在环境振荡频率下能够给完成共振，然后满意最大电能输出。作业时，质量块和压电悬臂梁一同振荡，上下两个外表所遭到应力相异，即上外表遭到压应力，则下外表遭到拉应力，反之亦然，因而上下电极所产生的电荷极性也相反。根据正压电效应，压电层外表将产生电荷，然后在上下两个电极之间产生电势差，使用转化电路可将该电能输入到储能元件中，或直接作为微功耗负载的供电电源。
因为正压电效应，微悬臂梁的振荡在压电层大将产生电荷的积累，其总电荷为：Q=Q1+Q2+Q3+QP,其间Q1,Q2,Q3别离为压电层的空间3个方向上产生应变而产生的压电电荷;QP为因为鼓励电压的效果，在压电层的等效电容上集合的电荷。
在压电层产生应变产生的压电电荷中，因为微悬臂梁的振荡(沿水平方向)引起的压电膜在水平上应变(拉伸和缩短)而产生的压电电荷远大于其他方向压电产生的电压，因而能疏忽由其他两个方向应变产生的压电电荷。总电荷量为：Q=Q1+QP,其间，Q1=d31EPS1A.式中，A为压电膜的面积：S1为压电层在水平方向上的应变：EP为压电层资料的弹性模量：d31为压电层的压电常数。
压电薄膜的上下两外表别离堆积了金属电极，中心的PZT资料为绝缘体，这样就构成一个电容器，等效电容为Cp当只考虑正压电效应时，压电薄膜能够等效电流源。
由图2-1、2-2可知，不锈钢的厚度与压电片的厚度相关，厚度越薄，其输出电压越高。这是因为当减缩不锈钢层的厚度与压电层的厚度时，会使结构厚度变薄，使悬臂梁更简单产生曲折形变，如此能添加压电片的内部均匀应力;但改动不锈钢层的厚度与压电层的厚度将会形成中性轴方位偏移，若不锈钢层的厚度太薄，会使中性轴坐落压电片内，从而导致压电片内部一起遭到拉应力与压应力的散布，如此形成压电片内部的均匀应力因应力的抵消而削减，输出电压也就跟着下降;而假设压电层的厚度太薄，将使压电元件体积过小，因而能供给电能的体积太小，导致输出电压下降。而输出电压随PZT厚度的添加而增大，这是因为PZT厚度的添加使振荡过程中电荷积累增多的原因，归纳看来尽管，越薄的结构越能满意低频谐振的要求，但其输出电压和功率都会下降，PZT层的厚度是影响输出电压和功率的首要的要素，较高的输出电压和转化功率有利于驱动较大的负载，因而在结构规划时能够尽可能的添加PZT层，以获取较高的能量。
本节就压电悬臂梁结构的几许参数，包含质量块的质量，梁长，梁宽及外部负载对谐振频率，输出电压及转化功率的影响加以剖析。在剖析任何一个几许量的影响时，其他量均坚持不变。
剖析压电悬臂梁长度对换能器功能的影响，如图3-1所示，当压电悬臂梁的长度逐步增大时，其谐振频率在逐步减小。
悬臂梁长度的添加，有利于下降结构谐振频率，可是实践规划中，悬臂梁也不应该过长，否则在剧烈振荡的环境或较强冲击效果时，会因结构本身的重力要素导致大幅度曲折乃至开裂。
图3-2,图3-3别离表明输出电压、功率随梁长度的添加而产生显着的改动的曲线。剖析发现，添加压电悬臂梁的长度会使结构全体的谐振频率下降，但一起也会使电压和功率下降，所以，关于实践使用而言，关于压电悬臂梁长度的规划，不只要考虑到与环境振荡的耦合程度(谐振频率)，而且要统筹输出电压和功率的巨细，即负载的要求。一般来说，经过增大质量块尺度的方法减小结构谐振频率，而约束压电悬臂梁的长度，以到达较高的输出电压值。
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