考虑双向振动耦合效应的声发射传感器的分析
焦阳1.2，杨庆新1，刘时风3，李光海4
( 1.河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室,天津300130，
2.河北科技大学信息科学与工程学院河北石家庄050018，
3.清华大学机械系,北京100084，
4.中国特种设备检测研究中心，北京100013)
摘要:由于声发射传感器属于低频超声传感器,其压电晶片工作频率决定了晶片的尺寸,使其不能简化为一维或二维弹性体来分析,考虑其径向和纵向振动不可忽视的耦合效应，借用表观弹性常数的定义,给出了短圆柱压电晶片包含直径和长度尺寸的频率方程。并根据频率方程制作了相应压电晶片,实验测试结果和理论预期相符。
关键词:声发射;传感器;耦合效应;频率方程
中图分类号: TP216 文献标识码: A 文章编号: 1000-9787( 2007)02-0040-03
Analysis of acoustic emission sensor considering coupling effect with in double-direction
JAO Yang', YANG Qingxin, LIU Shi feng, LI Guang hai
( 1. Key Laboratory of Electrom agnetic Field and Electrical Apparatus Reliab lity of Hebei Province Hebei University of Technobgy Tinjin 300130 China
2. College of Electrical Engneering & Inform ation Science Hebei University of Science and TechnologyShi jiazhuang 050018 China
3. Departament of Mechanology Tsinghua University Beijing 100084 China
4. China Special Equjpment Inspection and Research Center Beijing 100013 China)
引言
声发射传感器一般由压电晶片、背衬、保护膜、电极引线和外壳等组成压电晶片为其核心部分。在一些关于传感器中压电晶片的尺寸与谐振频率关系研究中,多是建立在压电晶片做单一纵向振动模式，而压电晶片做单模振动,,是在晶片尺寸满足一定前提下的近似单一的工作模式理论成熟[1～4],和实验能够很好符合,但需要满足一定的尺寸条件。当尺寸不满足要求时,这种近似会有不可忽视的误差。声发射无损检测工程中,常用的传感器是谐振频率在几百千赫兹的频率，按照单模纵向振动的谐频公式所得到的压电晶片,并不能像期待的那样工作在预期谐振频率。引起的偏差是因为压电晶片的尺寸不满足单模振动的条件，存在不同模式间的振动耦合。因此在简化条件下得到的谐振频率公式必须修正才能用于非简化情况。MoriE和IohK等人在文献[5]中提出了在各向同性介质中考虑不同方向振动的耦合，并用表观弹性常数来确定耦合情况下的谐振频率。任树初在文献[6]中将MoriE和IohK等人的方法在忽略压电效应的压电材料中推广。强盘富采用了伴随阵子法对压电薄圆板的耦合振动进行了分析1[7],由于其径向上的边界条件不能逐点满足，而且计算需修正和逼近，存在计算上的困难。
本文从表观弹性常数的定义到应用来说明短圆柱体的频率常数与尺寸的关系。
