压电材料与压电换能器

课程编码：180081070206P3008H 英文名称：Piezoelectric Materials and Piezoelectric Transducers 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：吴先梅

本课程为声学及其相关专业研究生的专业普及课，主要讲授与压电材料和压电换能器相关的基本概念、理论、模型及测量方法，要求学生掌握压电材料的特性、压电方程组及压电振子的振动模式、压电换能器的原理、等效电路模型、各种压电换能器的参数意义及计算方法，换能器参数的测量方法，压电换能器的声场计算等，同时要了解压电传感器技术的最近进展及发展方向，有助于今后开展相关领域的科研工作。

高等数学、数学物理方法、普通物理

第一章 压电材料与压电换能器概述 1.0学时 吴先梅
第1节 压电材料及压电换能器的发展历史
第2节 压电换能器的分类及应用实例
第二章 晶体结构 2.0学时 吴先梅
第1节 晶体结构的周期性
第2节 晶棱和晶面指数
第3节 宏观对称性和点群
第4节 晶轴与直角坐标轴的选择
第三章 介电性质 3.0学时 吴先梅
第1节 电介质极化机制
第2节 介电常数
第3节 介电常数与晶体对称性
第四章 弹性性质 3.0学时 吴先梅
第1节 应力、应变张量
第2节 虎克定律
第3节 弹性常数与晶体对称性
第五章 压电效应与压电方程组 6.0学时 吴先梅
第1节 压电效应
第2节 压电常数与对称性
第3节 压电晶体的切割
第4节 边界条件和四类压电方程组
第5节 各类压电方程组常数之间的关系
第6节 二级压电效应
第7节 机电耦合系数
第8节 压电材料的其它重要参数
第六章 压电振子的等效电路及等效机电网络 6.0学时 吴先梅
第1节 薄长片纵向伸缩振动
第2节 薄圆片压电振子的径向伸缩振动
第3节 其它压电振子振动
第4节 薄长片压电振子长度伸缩振动的等效机电网络
第5节 薄长片压电振子厚度伸缩振动的等效机电网络
第七章 厚度振动换能器 2.0学时 吴先梅
第1节 厚度振动换能器的应用简介
第2节 厚度振动换能器用于发射和接收时的等效机电图
第3节 厚度振动换能器在超声检测中的应用
第4节 换能器的主要性能指标
第八章 一维复合棒压电换能器 4.0学时 吴先梅
第1节 一维复合棒压电换能器简介
第2节 等截面和变截面细棒纵振动的等效机械图
第3节 一维复合棒压电换能器的等效机电图
第4节 一维复合棒压电换能器的设计、制作的注意事项及应用实例
第九章 圆柱形压电换能器 3.0学时 吴先梅
第1节 压电陶瓷薄圆管的自由振动理论
第2节 压电陶瓷薄圆管用作低频接收时的静态理论
第3节 几种不同极化情况下的接收灵敏度及应用实例
第十章 弯曲振动压电换能器 3.0学时 吴先梅
第1节 弯曲振动压电换能器简介
第2节 弯曲振动压电换能器的运动方程和边界条件
第3节 弯曲振动压电换能器的能量、等效机电网络和有效机电耦合系数
第4节 弯曲振动压电换能器的应用
第十一章 压电换能器的声场计算及换能器的有限元设计 3.0学时 吴先梅
第1节 单阵元换能器的声场计算
第2节 阵列换能器的声场计算
第3节 换能器的有限元设计原理及设计实例
第十二章 换能器的评价与测量 3.0学时 吴先梅
第1节 阻抗与等效电路的测量
第2节 换能器发送效率的测量
第3节 换能器指向性测量
第4节 换能器自由场校准
第十三章 其它换能器及新型传感器简介 1.0学时 吴先梅
第1节 声矢量水听器、MEMS压电换能器、光纤声学传感器等原理及应用简介

吴先梅， 女，中科院声学研究所研究员。一直从事超声及相关的应用研究工作，在光纤光栅超声传感、超声相控阵成像检测和非线性超声检测及流体流量测量等方面均有一定研究成果；在国内最早将有限元方法应用于声场的模拟计算和分析；作为主要参研人员，参加了科技部863项目《超声相控阵管材探伤设备》的研制工作，完成国内首台具有自主知识产权的超声相控阵管材探伤设备；主持3项国家自然科学基金项目，参与多项国家自然科学基金重点及面上项目；主持多项与企业合作的横向项目。目前的研究方向为：超声传感，传播与成像。