基于晶體變形的壓電理論及應(yīng)用

第1章緒論 / 001
1.1壓電效應(yīng)簡介002
1.2基于晶體變形效應(yīng)研究簡介011
1.2.1壓電拉壓效應(yīng)研究011
1.2.2壓電彎曲效應(yīng)研究013
1.2.3壓電扭轉(zhuǎn)效應(yīng)研究015

第2章壓電效應(yīng)晶體物理學(xué)基礎(chǔ) / 019
2.1晶體結(jié)構(gòu)與對稱性020
2.1.1晶體及其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)020
2.1.2晶體對稱性及對稱元素023
2.1.3晶體的分類025
2.2晶體宏觀物理性質(zhì)與晶體對稱性027
2.2.1晶體的宏觀物理性質(zhì)027
2.2.2用張量描述宏觀物理性質(zhì)028
2.2.3晶體對稱性對晶體宏觀物理性質(zhì)的影響029
2.3傳感器與執(zhí)行器的物質(zhì)效應(yīng)模型031
2.3.1六種能量間的物質(zhì)效應(yīng)模型031
2.3.2三種能量間物質(zhì)效應(yīng)G.Heckmann模型036

第3章壓電效應(yīng)力學(xué)基礎(chǔ) / 041
3.1彈性力學(xué)基本方程042
3.1.1應(yīng)力狀態(tài)理論042
3.1.2應(yīng)變狀態(tài)理論044
3.1.3本構(gòu)關(guān)系046
3.1.4靜力學(xué)唯一性定理(Kirchhoff-Neumann唯一性定理)048
3.2平面問題基本方程049
3.2.1平面應(yīng)變問題049
3.2.2平面應(yīng)力問題052
3.3彈性力學(xué)扭轉(zhuǎn)理論053
3.3.1扭轉(zhuǎn)問題基本方程054
3.3.2扭轉(zhuǎn)問題邊界條件057
3.3.3扭轉(zhuǎn)問題解法060
3.4彈性力學(xué)彎曲理論061
3.4.1純彎曲問題基本方程061
3.4.2懸臂梁彎曲問題基本方程064
3.4.3簡支梁彎曲問題基本方程065

第4章壓電效應(yīng)電學(xué)基礎(chǔ) / 067
4.1自由空間的電磁場定律068
4.1.1自由空間的積分電磁場定律068
4.1.2自由空間的微分電磁場定律069
4.1.3場定律整體含義070
4.1.4電磁場邊界條件070
4.2靜電場的標(biāo)量位071
4.2.1靜電場標(biāo)量位的引入072
4.2.2標(biāo)量位的微分方程072
4.3有物質(zhì)存在時宏觀場定律073
4.3.1極化強(qiáng)度的概念073
4.3.2極化電荷密度074
4.4各向異性介質(zhì)宏觀場定律075
4.4.1各向異性電介質(zhì)的一般特性075
4.4.2各向異性介質(zhì)麥克斯韋方程組076
4.4.3各向異性介質(zhì)中標(biāo)勢滿足的方程077
4.4.4各向異性介質(zhì)中標(biāo)勢所滿足的邊界條件078

第5章石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理 / 081
5.1石英晶體結(jié)構(gòu)和性能082
5.1.1石英物理與力學(xué)性能082
5.1.2石英晶體結(jié)構(gòu)082
5.2石英晶體的壓電機(jī)理084
5.2.1壓電效應(yīng)的電偶極子機(jī)理084
5.2.2石英壓電效應(yīng)機(jī)理087
5.2.3壓電效應(yīng)類型089
5.3石英晶體的壓電效應(yīng)表達(dá)式建立和物理意義090
5.3.1基于應(yīng)力的壓電效應(yīng)及其壓電效應(yīng)表達(dá)式的建立090
5.3.2壓電效應(yīng)表達(dá)式的意義093

第6章石英晶片拉壓效應(yīng)研究 / 095
6.1石英晶片拉壓效應(yīng)數(shù)值計(jì)算096
6.1.1拉壓應(yīng)力計(jì)算096
6.1.2束縛電荷計(jì)算097
6.1.3束縛電場仿真097
6.2石英晶片拉壓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測定099
6.2.1拉壓晶組組成099
6.2.2實(shí)驗(yàn)裝置100
6.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果100
6.3基于拉壓效應(yīng)的力學(xué)量傳感器研發(fā)101
6.3.1單向壓電石英力傳感器101
6.3.2壓電式壓力傳感器102
6.3.3壓電式加速度傳感器102

第7章石英晶片彎曲效應(yīng)研究 / 105
7.1石英晶片懸臂梁彎曲效應(yīng)數(shù)值計(jì)算106
7.1.1彎曲應(yīng)力計(jì)算106
7.1.2束縛電荷計(jì)算108
7.1.3彎曲效應(yīng)測量晶組組成109
7.2基于彎曲效應(yīng)的懸臂梁測力傳感器研發(fā)112
7.2.1懸臂梁測力傳感器結(jié)構(gòu)112
7.2.2懸臂梁傳感器實(shí)驗(yàn)測定112

第8章石英晶片扭轉(zhuǎn)效應(yīng)研究 / 115
8.1石英晶片扭轉(zhuǎn)效應(yīng)數(shù)值計(jì)算116
8.1.1扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算116
8.1.2束縛電荷密度計(jì)算120
8.1.3檢測電極布置122
8.2基于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的三向壓電鉆削測力儀研發(fā)123
8.2.1石英測量晶組方案選擇123
8.2.2三向壓電鉆削測力儀殼體設(shè)計(jì)125
8.2.3三向壓電鉆削測力儀的橫向干擾126
8.2.4三向壓電鉆削測力儀的預(yù)緊力與量程計(jì)算129
8.2.5三向壓電鉆削測力儀靈敏度的計(jì)算131
8.3基于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的三向壓電鉆削測力儀標(biāo)定133
8.3.1三向壓電鉆削測力儀的靜態(tài)標(biāo)定133
8.3.2向間干擾135
8.3.3動態(tài)標(biāo)定140

第9章壓電傳感器靜態(tài)和動態(tài)標(biāo)定 / 143
9.1壓電傳感器靜態(tài)標(biāo)定144
9.1.1靜態(tài)誤差的定義方法144
9.1.2采用“逐級加、卸載法”進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定的方法與步驟146
9.1.3石英晶體力傳感器技術(shù)性能指標(biāo)147
9.2多功能壓電測力儀靜態(tài)標(biāo)定臺148
9.2.1多功能壓電測力儀靜態(tài)標(biāo)定臺原理與結(jié)構(gòu)148
9.2.2滑動螺旋傳動設(shè)計(jì)計(jì)算152
9.2.3精度與剛度154
9.3壓電石英測力儀動態(tài)響應(yīng)分析156
9.3.1測力儀的頻率響應(yīng)156
9.3.2動態(tài)誤差與工作頻帶159

附錄 / 163
附錄1張量基本知識164
附錄2彈性順度系數(shù)的坐標(biāo)變換167
附錄3壓電系數(shù)的坐標(biāo)變換170

參考文獻(xiàn) / 172