期刊基本信息
创刊:
1979年 • 双月刊
名称:
压电与声光
英文:
Piezoelectrics & Acoustooptics
主管单位:
中国电子科技集团公司
主办单位:
四川压电与声光技术研究所
出版单位:
《压电与声光》编辑部
主编:
马晋毅
执行主编:
许昕
副主编:
-
ISSN:
1004-2474
刊号:
CN 50-1091/TN
电话:
023-65860260
邮箱:
地址:
重庆市南岸区南坪花园路14号
邮编:
400060
定价:
20元

本期栏目 2022, 44(2)

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压电与声光 第44卷 第2期

作者单位
摘要
压电与声光
2022, 44(2): 1
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
2 重庆青年职业技术学院 人工智能学院,重庆 400712
该文介绍了一种基于空腔结构的温度补偿型薄膜体声波谐振器(TC-FBAR)。通过在压电层上方生长SiO2温度补偿层,实现谐振器的低温漂。未采用温度补偿的薄膜体声波谐振器,其频率温度系数约为-25×10-6/℃。通过适当的膜层结构设计,可使其频率温度系数在±3×10-6/℃。结果表明,由于温度补偿层的增加,导致器件总体压电效应降低,使谐振器的有效机电耦合系数降低。低温漂谐振器的实现,为窄带低温漂滤波器的研制提供了有效的设计和工艺技术支撑。
薄膜体声波谐振器(FBAR) 频率温度系数 低温漂 温度补偿 film bulk acoustic resonator(FBAR) temperature coefficient of frequency low temperature drift temperature compensation 
压电与声光
2022, 44(2): 171
作者单位
摘要
1 上海交通大学 仪器科学与工程系,上海200240
2 中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
3 北京遥测技术研究所,北京 100076
声表面波(SAW)传感器在高温环境的需求日益增多,硅酸镓镧因为具有良好的高温特性而提供了耐高温压电基底,但是电极在高温条件下会发生团聚而失效。该文设计了一种沟槽电极结构的耐高温SAW谐振器,采用Pt作为电极,硅酸镓镧作为压电基底,并提出了沟槽结构叉指电极的制造工艺,对沟槽结构的形貌进行了表征。通过提高沉积温度改善Pt电极质量,最终制备的波长8 μm、沟槽电极厚240 nm的谐振器在1 000 ℃下可稳定工作。
声表面波(SAW) 硅酸镓镧(LGS) 沟槽电极 高温 Pt电极 surface acoustic wave(SAW) LGS grooved electrodes high temperature Pt electrode 
压电与声光
2022, 44(2): 175
作者单位
摘要
重庆邮电大学 微电子工程重点实验室,重庆 400065
采用单层膜、梯形结构基于128°YX-LiNbO3材料研究了Al电极厚度、叉指占空比、反射栅周期、拓扑结构对插损、带外抑制和矩形度的影响。为了降低带内波动和插入损耗,该文设计了一种叉指换能器(IDT)型反射栅结构,该结构对采取优化措施前后谐振器的带内最大尖峰损耗分别降低了8, 84%和0, 55%。最后采用此反射栅结构设计了一款低插损高频声表面波(SAW)滤波器,有限元仿真结果表明,该滤波器的中心频率为2, 520 5 GHz,插入损耗为-0, 502 12 dB,带外抑制大于30 dB,-3 dB损耗带宽大于98 MHz。
占空比 声表面波(SAW)滤波器 叉指换能器(IDT)型反射栅 电极厚度 “T+π”型拓扑结构 duty ratio surface acoustic wave(SAW) filter interdigital transducer(IDT) reflector grating electrode thickness “T+π” topology 
压电与声光
2022, 44(2): 180
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
该文研究了基于层次级联模型的耦合模(COM)参数提取方法。通过仿真42°Y-X LiTaO3衬底的有限长声表面波(SAW)单端谐振器,提取COM参数及建立COM参数数据库,研制了一款1 200 MHz的三换能器混合结构的SAW滤波器。结果表明,实际制作器件响应和仿真幅频响应符合性好,验证了该文提取COM参数方法的可行性,可用于指导SAW滤波器设计。
声表面波滤波器 层次级联 耦合模(COM)参数 SAW filter hierarchical cascading COM parameter 
压电与声光
2022, 44(2): 187
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
该文设计了一款2, 4 GHz WiFi频段(2 401~2 483 MHz)薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器。采用一维Mason电路模型,在ADS中搭建了阶梯形滤波器电路;在HFSS中建立了封装结构和测试电路有限元电磁模型,并在ADS中完成了联合仿真设计。通过微机电系统(MEMS)工艺制备与测试,滤波器在2 401~2 483 MHz频段的插入损耗≤2, 2 dB。在2 520~2 900 MHz处,带外抑制≥40 dB,滤波器体积仅1, 1 mm×0, 9 mm×0, 65 mm。
薄膜体声波谐振器(FBAR) WiFi频段 体声波(BAW) 滤波器 Mason模型 film bulk acoustic wave resonator(FBAR) WiFi band bulk acoustic wave(BAW) filter Mason model 
压电与声光
2022, 44(2): 191
作者单位
摘要
1 中国科学院 声学研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
利用声表面波(SAW)技术设计的Chirp变换频谱仪(CTS)具有低功耗、高稳定性等优势,特别适用于深空探测领域。该文提出了一种大带宽的CTS系统。由数模转换器(DAC)和四倍频器产生2 GHz带宽的展宽线Chirp信号,其色散特性与1 GHz带宽的声表面波色散延迟线特性匹配。搭建了实时处理带宽为1 GHz、频率分辨率为100 kHz的频谱分析仪,并对在大带宽下CTS出现的响应不均衡展开探讨。分析了系统各部分对CTS的影响,通过实验验证了响应不均衡出现的原因。测试结果表明,该文设计搭建的1 GHz带宽CTS系统的频率分辨率可达115, 512 kHz。
声表面波(SAW) 色散延迟线 超大带宽 Chirp变换 深空探测 频谱仪 surface acoustic wave(SAW) dispersive delay line wide bandwidth Chirp transform deep space exploration spectrum analyzer 
压电与声光
2022, 44(2): 194
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司第二十六研究所,重庆 400060
该文研制了一款频率3, 4 GHz的S波段声表面波(SAW)滤波器。该滤波器采用一种由新型谐振器构成的阻抗元结构,能提升抗热释电静电损伤能力,用时可在一定程度上提升器件的功率承受能力。同时研制了尺寸为2, 0 mm×1, 6 mm的芯片级封装(CSP)基板。采用倒装焊工艺实现了芯片与CSP基板的电连接,降低了电磁寄生影响。结果表明,研制的SAW滤波器频率为3, 408 GHz,插损为2, 23 dB,8 GHz远端阻带大于30 dB,且实测的功率承受能力达到30 dBm。
声表面波(SAW)滤波器 S波段 芯片级封装(CSP) surface acoustic wave(SAW) filter S band chip scale packaging(CSP) 
压电与声光
2022, 44(2): 199
作者单位
摘要
1 模拟集成电路重点实验室,重庆 400060
2 中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
Cu/15°YX-LiNbO3声表面波(SAW)谐振器作为宽带SAW滤波器的核心单元,其横向模式的存在极大地影响了SAW滤波器的通带性能,将引起带内波纹,增大器件插损,从而降低系统信噪比,引起信号误读。该文基于Piston技术抑制Cu/15°YX-LiNbO3 SAW谐振器的横向模式,利用有限元仿真优化了指条末端尺寸。仿真结果表明,慢速区域尺寸占空比为0, 692,长度约为0, 65λ(λ为波长)时,主模附近的横向模得到完全抑制,并通过实验验证了其有效性。这为Piston技术应用于Cu/15°YX-LiNbO3宽带SAW滤波器的横向模抑制提供了指导。
声表面波(SAW)谐振器 宽带声表面波(SAW)滤波器 横向模式 Piston技术 surface acoustic wave(SAW) resonator wide band SAW filter transverse modes Piston technique 
压电与声光
2022, 44(2): 202
作者单位
摘要
西安科技大学 理学院, 陕西 西安 710054
该文在单晶硅基底上设计了AlN/PZT复合压电薄膜层声表面波(SAW)器件,采用有限元法(FEM)研究了复合压电材料厚度(PZT厚度hPZT和AlN厚度hAlN)对AlN/IDT/PZT/Si结构中零阶、一阶SAW的相速度、机电耦合系数和电极反射系数的影响,根据色散特性得到最优化薄膜厚度。结果表明,AlN/IDT/PZT/Si结构中,当hPZT =0, 025λ,hAlN=λ时,零阶、一阶SAW都能取得最高相速度(分别为5 582 m/s和5 711 m/s),适用于高频器件设计; 在hPZT=0, 2λ,hAlN=0, 1λ时,零阶SAW波的机电耦合系数最大(为21, 55%),但此时相速度最小(仅为2 890 m/s),适用于移动通信领域宽带低损耗SAW滤波器和延迟线结构信号处理器件的设计。
声表面波(SAW) 复合压电薄膜 声激励 声传播 色散 surface acoustic wave(SAW) composite piezoelectric film excitation of acoustic wave propagation of acoustic wave dispersion 
压电与声光
2022, 44(2): 205
作者单位
摘要
北京无线电测量研究所,北京 100854
该文提出了5G通信载波聚合用B34&B39双接收滤波器的研制方法。首先根据产品指标,从双信道滤波器拓扑结构设计与信号端隔离两方面确定设计方案; 再通过耦合模式模型结合全波仿真对产品进行仿真优化; 最后通过有限元法/边界元法(FEM/BEM)进行器件性能验证。结果表明,产品实验与仿真结果图形吻合良好,且完全满足市场要求,证明了该文研究方法的可行性。
双接收滤波器 耦合模式模型 电磁仿真 低损耗 SAW dual filter coupling-of-mode electromagnetic simulation little loss 
压电与声光
2022, 44(2): 210
作者单位
摘要
中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
为了正确分析和设计薄膜体声波谐振器(FBAR)器件,需要对谐振器Mason模型中的仿真参数(如机电耦合系数、介电常数及粘滞系数等)进行准确提取。通过简谐近似,在Mason模型中引入了厚度方向位移的横向分量,提高了参数提取的准确性。使用谐振器开路和短路图形的散射参数,提取了探针及测试焊盘的等效电路参数,对谐振器进行去嵌。根据拟合得到的模型参数,仿真了中心频率为5, 43 GHz的滤波器。结果表明,采用该方法提取的模型参数仿真结果和滤波器探针测试曲线的通带形状吻合较好。
薄膜体声波谐振器(FBAR) Mason模型 参数提取 开路和短路去嵌 thin film bulk acoustic wave resonator(FBAR) Mason model parameter extraction open and short de-embedding 
压电与声光
2022, 44(2): 215
作者单位
摘要
1 中国科学院 声学研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
以聚苯胺作为敏感材料,实验制备了高灵敏快速响应的声表面波(SAW)氨气传感器器件,结合鉴相式传感电路,构建了传感系统。聚苯胺对氨气的选择性吸附所产生的质量负载及声电耦合效应引起声传播速度的变化,进而以鉴相器输出的电压信号来表征待测氨气体积浓度。实验结果表明,在室温工作条件下,传感器显示出高灵敏度(0, 11 mV/10-6 mV)、低检测下限(0, 5×10-6)及快速响应时间(T90<20 s)。
聚苯胺 声表面波(SAW) 氨气传感器 polyaniline surface acoustic wave(SAW) ammonia gas sensor 
压电与声光
2022, 44(2): 220
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司 第二十四研究所,重庆400060
2 中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060
兰姆波谐振器(LWR)作为一种新兴的压电微机电系统(MEMS)声学器件,同时具有高工作频率、高机电耦合系数、高品质因数值及低功耗等特点,其制造工艺与集成电路工艺兼容,可在单片晶圆上实现多频率器件。基于LWR的声学滤波器是实现高性能射频前端组件的有效解决方案之一,能够满足未来通信设备多频率及集成化的发展要求,其相关研究已成为微声器件领域的热点。该文简要介绍了兰姆波的基本原理,综述了近年来基于氮化铝(AlN)薄膜和铌酸锂薄膜(LNOI)的压电MEMS兰姆波器件研究取得的最新成果,并讨论了压电MEMS兰姆波器件的发展趋势。
兰姆波谐振器(LWR) 压电微机电系统(MEMS) 横向激励声体波谐振器(XBAR) 高次谐波组合模式谐振器(CORs) 截面拉梅模式谐振器(CLMRs) Lamb wave resonator piezoelectric micro-electro-mechanical system(MEMS laterally-excited bulk-wave resonators (XBAR) combined overtone resonators(CORs) cross-sectional-Lamé-mode resonator (CLMRs) 
压电与声光
2022, 44(2): 223
作者单位
摘要
该文介绍了一种用于Band3频段接收端的声表面波滤波器的研制过程。为满足滤波器的大宽带性能及阻带低端的高选择性要求,采用七阶叉指换能器混合结构的耦合模式模型进行自动优化设计和多次优化迭代,并利用有限元法/边界元法(FEM/BEM)软件进行精确的声学验证,最后通过实验验证了仿真结果的有效性。
声表面波(SAW)滤波器 Band3频段 七阶换能器 谐振器 有限元法/边界元法(FEM/BEM) surface acoustic wave(SAW) filter Band3 7-interdigital transducer(7-IDT) resonator finite element method/boundary element method(FEM/ 
压电与声光
2022, 44(2): 230
作者单位
摘要
1 模拟集成电路重点实验室, 重庆400060
2 中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆400060
针对任意复杂结构声表面波(SAW)器件精确快速分析及其内部多物理场耦合效应的精确表征问题,该文在充分考虑SAW器件实际存在的各种影响因素下,采用有限元分层级联算法推导出有限长结构SAW器件的有限元数学模型。基于全波仿真技术,考虑管座及键合线等封装模型电磁效应,对漏波型42°Y-X LiTaO3温度补偿型声表面波(TC-SAW)器件进行计算,通过与实验结果对比,验证了计算模型的精确性,为高性能SAW器件的精确快速设计提供了支撑。
SAW器件 精确表征 分层级联技术(HCT) 全波仿真 surface acoustic wave(SAW) devices accurate characterization hierarchical cascading technique(HCT) full-wave simulation 
压电与声光
2022, 44(2): 234
作者单位
摘要
1 北京无线电测量研究所,北京 100854
2 北京航天微电科技有限公司,北京 100854
基于大机电耦合系数LiNbO3材料,该文设计了一种激发Love波模式的宽带低损耗声表面波滤波器。研究了不同切向下LiNbO3材料的机电耦合系数,以及不同切向、膜厚下15°YX-LiNbO3的瑞利波激发情况。测试结果表明,采用铜电极对谐振器进行切趾加权抑制横向模式,宽带滤波器可实现较小的插入损耗和较好的通带特性。
Love波 宽带 声表面波(SAW) 瑞利波 横向模式 LiNbO3 LiNbO3 Love wave wideband surface acoustic wave(SAW) Rayleigh wave transversal modes 
压电与声光
2022, 44(2): 238
作者单位
摘要
北京无限电测量研究所,北京 100854
基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的滤波器频率温度系数为(-30~-25)×10-6/℃,其电学性能受环境温度影响较大,将降低滤波器在全温工作的性能,限制其应用环境,尤其是对滤波器通带插损与矩形系数要求高的应用场合。该文在常规FBAR滤波器中引入正温度系数的SiO2材料层,通过对滤波器的层叠位置设计及加工工艺等技术的研究,研制出S波段温补型FBAR滤波器器件,其工作频率为3, 1 GHz,插入损耗为2, 0 dB,带外抑制不小于30 dB,频率温度系数为-0, 02×10-6/℃。
薄膜体声波谐振器(FBAR) 滤波器 温补层 频率温度系数。 thin film bulk acoustic wave resonator(FBAR) filter temperature compensation layer SiO2 SiO2 temperature coefficient of frequency 
压电与声光
2022, 44(2): 242
作者单位
摘要
1 北京航天微电科技有限公司,北京 100854
2 北京无线电测量研究所,北京 100854
声表面波(SAW)器件光刻过程中,制作的光刻胶线条宽度与掩模版不一致,特别是不同宽度的非均匀线条光刻后线宽变化值存在偏差。该文研究了接近式曝光衍射效应对线宽的影响,分析了掩模版上线条和缝隙宽度、衍射光强、掩模版与光刻胶间距等参数间的关系。结果表明,通过建立光学模型给出了计算曝光后不同线条宽度变化值的方法,采用程序编程可对掩模版数据中不同尺寸的线条和缝隙宽度进行补偿,实现SAW器件非均匀线条宽度的精确控制。
声表面波(SAW)器件 光刻 衍射效应 线宽 surface acoustic wave(SAW) devices photolithography diffraction effect line width 
压电与声光
2022, 44(2): 246
作者单位
摘要
1 北京无线电测量研究所,北京 100854
2 北京航天微电科技有限公司,北京 100854
在传统的抽指加权技术基础上,该文提出了一种自适应抽指加权技术。通过计算确定抽指加权的起始位置和加权数值,能对切趾换能器进行部分指条的抽指加权。研究结果表明,根据该文提出方法研制的一款声表面波滤波器,其频率为61, 60 MHz,-1 dB相对带宽为3, 7%,带外抑制大于45 dB,矩形度为1, 4,器件的综合性能得到改善。
抽指加权 自适应 切趾 加权位置 加权数值 声表面波滤波器 withdrawal weighted adaptive apodization weighted position weighted value SAW filter 
压电与声光
2022, 44(2): 250
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆400060
2 模拟集成电路重点实验室,重庆 400060
该文采用一种改进型双模声表面波(DMS)结构来设计1, 5 GHz的极窄带声表面波(SAW)滤波器。DMS结构两端的反射器采用分布式多周期加权结构能够消除在声通道上传播的多种声反射模式。为灵活设计滤波器阻带抑制及带宽指标,在DMS结构的两个叉指换能器(IDT)之间加入反射器。结果表明,研制的极窄带SAW滤波器中心频率为1, 5 GHz,实测带宽为878, 75 kHz,插入损耗为5, 8 dB,阻带抑制达到45 dB。
声表面波(SAW)滤波器 极窄带 相对带宽 双模声表面波 surface acoustic wave(SAW) filter extreme narrow band fractional bandwidth double-made surface acoustic wave(DMS) 
压电与声光
2022, 44(2): 253
作者单位
摘要
1 电子科技大学 电子科学与工程学院,四川 成都 611731
2 中国核动力研究设计院,四川 成都 610213
声表面波(SAW)延迟线作为传感器可对传感器进行编码,从而实现多点分布式测量,因而受到广泛研究。该文采用128°Y-X切向LiNbO3作为压电基底,制备了不同对数的叉指换能器(IDT) 的SAW延迟线,并研究了其应变特性。研究结果表明,IDT对数为10对、20对、30对时,SAW延迟线应变灵敏度分别为1, 727 5 ps/με、2, 046 7 ps/με、3, 256 6 ps/με。SAW延迟线的应变特性和应变方向与声波传播方向间的夹角有关,夹角为0°时,延迟时间随应变的增大而增大; 夹角为90°时,延迟时间随应变的增大而减小。利用夹角分别为0°和90°的SAW延迟线构成了差分结构的应变传感器。测试结果表明,该差分结构可抵消温度的影响,即温度变化时也可获得准确的应变。该文研究的差分结构延迟线有望在温度波动环境中测试应变时得到应用。
声表面波(SAW) 延迟线 应变传感器 差分结构 surface acoustic wave(SAW) delay line strain sensor LiNbO3 LiNbO3 differential structure 
压电与声光
2022, 44(2): 256
作者单位
摘要
1 电子科技大学 材料与能源学院,四川 成都 610054
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所,重庆 400060
该文研制了一种晶圆级封装(WLP)的C波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器。采用一维Mason等效电路模型对谐振器进行设计,并使用HFSS对电磁封装模型进行优化,再在ADS中对滤波器进行仿真优化设计,得到阶梯型结构的FBAR滤波器。采用空腔型结构并制备出FBAR滤波器芯片,同时利用覆膜工艺对FBAR裸芯片进行覆膜和电镀等WLP工艺,得到WLP的FBAR器件。测试结果表明,滤波器的中心频率为6, 09 GHz,中心插损为2, 92 dB,通带插损为3, 4 dB,带宽为112 MHz,带外抑制大于40 dB。
薄膜体声波谐振器(FBAR) Mason模型 晶圆极封装(WLP) 覆膜 插入损耗 film bulk acoustic resonator(FBAR) Mason model wafer level package(WLP) tape insertion loss 
压电与声光
2022, 44(2): 260
作者单位
摘要
长春大学 机械与车辆工程学院,吉林 长春 130022
为了探究泵腔结构参数对压电气体隔膜泵性能的影响,该文设计了一种压电气体隔膜泵的泵腔结构。首先简述了泵腔的结构设计与工作原理,推导出泵腔出口气流速度的表达式,通过仿真得出泵腔高度、气孔直径对腔体内的瞬时气压、气流速度及气体流量的影响。最后制作了泵腔样机并应用在压电气体隔膜泵中,进行了实验测试及理论分析对比。结果表明,实验结果与理论分析相吻合,输出流量随着腔高的增大而减小,随着气孔直径的增大而增大,这为压电气体微泵的腔体设计提供了理论参考。
压电驱动 隔膜泵 泵腔 气泵 piezoelectric drive diaphragm pump pump cavity gas pump 
压电与声光
2022, 44(2): 264
作者单位
摘要
上海交通大学 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系 微纳米加工技术国家级重点实验室,上海 200240
受环境因素的影响,压电谐振器的共振频率会发生漂移。调谐技术因采用特定的手段主动调节共振频率而得到广泛应用,但传统附加质量块、激光烧蚀等机械调谐技术费时费力,灵活性不好。针对方体压电谐振器该文提出了一种激励信号幅值调谐和直流调谐的电调谐方法,可精密调节谐振器的共振频率。设计了一种基于ZYNQ系列主控芯片的数字化测控电路,实现了振子扫频激励、输出信号的幅值相位检测,为激励信号幅值调谐和直流调谐提供了实验硬件平台。实验结果表明,激励信号幅值调谐的共振频率变化范围为347, 850~348, 000 kHz,直流调谐的调节范围为347, 720~347, 820 kHz。该技术为压电谐振器共振频率精密调节提供可靠的理论与实践途径。
压电谐振器 现场可编程门阵列(FPGA) 共振频率调谐 幅值调谐 直流调谐 piezoelectric resonator field-programmable gate array(FPGA) resonance frequency tuning amplitude tuning DC tuning 
压电与声光
2022, 44(2): 268
作者单位
摘要
上海交通大学 轻合金精密成型国家工程研究中心,上海 200240
匹配层材料及结构对于提高阵列式换能器的带宽、灵敏度及轴向分辨率有重要作用。为了探究不同匹配层材料对阵列式换能器性能的影响,该文通过有限元法模拟了包括高分子材料、0-3复合材料及镁合金等多种匹配层材料的阵列式换能器,综合比较了各自的频域特性及时域特性。仿真结果表明,使用AZ31B镁合金作为第一匹配层、Epo-Tek 301环氧树脂作为第二匹配层的阵列式换能器模型具有最佳的综合性能,从而为高性能阵列式压电超声换能器的开发、研究提供了新的匹配层设计参考方案。
阵列式换能器 有限元法(FEM) 频域分析 时域分析 声阻抗匹配层 镁合金 array transducer finite element method(FEM) frequency domain analysis time domain analysis acoustic impedance matching layer magnesium alloy 
压电与声光
2022, 44(2): 273
作者单位
摘要
1 中国计量大学 计量测试工程学院,浙江 杭州 310018
2 北京电子工程总体研究所,北京 100854
传统外形构造的换能器难以适应水下高速运动。因此,在头部为圆形或椭圆形的普通阵列式换能器基础上,该文设计了一种锥形结构的超声阵列式换能器,其可适用于水下高速航行器。通过有限元仿真确定了阵元尺寸与阵列构造,分析了换能器整体的声场分布,研制换能器样机并测试其电声性能。样机测试结果与仿真结果呈现出较好的一致性,换能器指向性与发射电压响应满足使用需求。结果表明,此种换能器结构具有实际的可行性。
锥形结构 超声 换能器 水下高速运动 conical structure ultrasonic transducer high-speed underwater motion 
压电与声光
2022, 44(2): 278
作者单位
摘要
浙大城市学院 工程学院机械电子工程学系,浙江 杭州 310015
该文基于正挠曲电效应建立了开口圆柱壳结构的挠曲电传感器模型。首先分析了开口圆柱壳的动态响应特性; 其次根据正挠曲电效应,建立了由动态应变梯度引起的挠曲电传感理论,并推导出模态电压的表达式,挠曲电效应引起的挠曲电传感信号由长度方向弯曲应变引起的挠曲电信号与圆周方向弯曲应变引起的挠曲电信号两部分组成,分析了挠曲电片无限小时各点的分布式传感特性; 最后分析了不同模态的频率及弯曲角度对挠曲电传感信号的影响,对比分析了不同方向弯曲应变引起的挠曲电信号的不同作用。研究结果表明,该分析结果对优化开口圆柱壳结构的传感特性有重要意义。
开口圆柱壳 传感器 传感特性 弯曲角度 弯曲应变 cylindrical shell panel sensor sensing characteristic curvature angle bending strain 
压电与声光
2022, 44(2): 283
作者单位
摘要
1 北京信息科技大学 自动化学院,北京 100192
2 北京信息科技大学 高动态导航技术北京市重点实验室,北京 100101
针对高过载环境下制导弹药内部空间约束及运动参数难以精确测量的问题,该文设计了一种框架式嵌入结构型的微惯性测量单元(MIMU)结构。MIMU由三轴微机械陀螺仪和三轴微机械加速度传感器组成,通过合理配置传感器的安装方式和优化内部空间布局,极大地减小了MIMU的质量和体积。整体结构采用高强度金属材料和特殊的灌封工艺,保证了MIMU抗高过载性能。通过有限元仿真与分析表明,所设计的MIMU结构可满足不小于20 000g(g=9, 8 m/s2)的过载冲击。最后在靶场通过搭载某型号试验弹进行炮射过载实验,其实验结果表明,该文所设计的MIMU具备抗高过载能力,满足制导弹药高过载要求。
微惯性测量单元(MIMU) 结构设计 抗高过载 性能分析 过载实验 miniature inertial measurement unit(MIMU) structure design anti-high overload performance analysis overload test 
压电与声光
2022, 44(2): 289
作者单位
摘要
1 中国科学院 声学研究所 声场声信息国家重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
为了提高压电微机电系统(MEMS)扬声器的声压级,该文提出了一种新型的扬声器振膜结构,该结构由4个相同的扇环驱动单元和中间圆形质量块组成,并在上表面覆有一层柔性材料,形成刚性-柔性耦合封闭振动膜。优化该结构中圆形质量块半径r2和相邻扇环的相邻边夹角θ等参数。结果表明,当θ=50°,r2=700 μm时,声压级最大。在保证振膜面积相同和谐振频率基本一致的情况下,与优化后的固支圆形多层振膜相比,该文所提出的新型结构声压级高5 dB。
压电 微机电系统(MEMS) 扬声器 声压级 刚性-柔性耦合 piezoelectric micro-electro-mechanical systems(MEMS) speaker sound pressure level rigid-flexible coupling 
压电与声光
2022, 44(2): 294
朱宇波 1,2母志强 1,2陈玲丽 3朱雷 1,2[ ... ]俞文杰 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 信息功能材料国家重点实验室,上海 200050
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海集成电路材料研究院,上海 200050
该文基于掺钪AlN薄膜制备了高次谐波体声波谐振器(HBAR),研究了钪(Sc)掺杂浓度对AlN压电薄膜材料特性及器件性能的影响。研究表明,当掺入Sc的摩尔分数从0增加到25%时,压电应力系数e33增加、刚度CD33下降,导致Al1-xScxN压电薄膜的机电耦合系数k2t从5, 6%提升至15, 8%,从而使HBAR器件的有效机电耦合系数(k2eff)提升了3倍。同时,当Sc掺杂摩尔分数达25%时,Al1-xScxN(x为Sc掺杂摩尔分数)压电薄膜的声速下降13%,声学损耗提高,导致HBAR器件的谐振频率和品质因数降低。
高次谐波体声波谐振器(HBAR) 压电薄膜 掺钪AlN 机电耦合系数 high-overtone bulk acoustic resonator(HBAR) AlN AlN piezoelectric thin film aluminum scandium nitride electromechanical coupling coefficient 
压电与声光
2022, 44(2): 299
冯利民 1,2刘洋 3钟用 2巫涛江 2,4[ ... ]贺媛媛 2
作者单位
摘要
1 武汉纺织大学 计算机与人工智能学院,湖北 武汉 430200
2 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心,重庆市光纤传感与光电检测重点实验室,重庆 400054
3 中油国际管道公司,北京102202
4 重庆能源职业学院 电梯智能运维重庆市高校工程中心,重庆 402260
利用中红外光纤构建了一种在线准确检测偏二氯乙烯的红外光纤倏逝波传感器,该传感器由U形中红外光纤传感探头、偏二氯乙烯选择性敏感膜和超疏水膜构成。四氟乙烯敏感膜涂覆在U形区表面,超疏水膜涂覆在偏二氯乙烯敏感膜表面。U形传感器可增强光纤表面倏逝波强度,从而提高传感器的灵敏度。敏感膜可实现对水体中偏二氯乙烯的选择性测量,提高传感器测量结果的准确性; 超疏水膜可抑制水分子对测量结果产生的负面影响。实验研究了偏二氯乙烯的特征吸收光谱,以及传感器对偏二氯乙烯的响应灵敏度、响应时间和选择敏感性。从理论上建立了传感器测量偏二氯乙烯的理论模型。研究结果表明,传感器对偏二氯乙烯具有高选择敏感性,传感器灵敏度可达0, 002 1 abs/(mg·L-1),响应时间为230 s。
偏二氯乙烯 中红外光纤 倏逝波 传感器 选择性 灵敏度 vinylidene chloride mid-infrared optical fiber evanescent wave sensor selectivity sensitivity 
压电与声光
2022, 44(2): 304
赵兴强 1,2戴志新 1,2张祖伟 3丁宇 1,2[ ... ]徐飞宇 1,2
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学 自动化学院,江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心,江苏 南京 210044
3 中电科技集团 重庆声光电有限公司,重庆 400060
智能井盖的应用减小了人工巡查的难度,降低了人们的生命财产安全风险。该文研究了一种钹式压电能量收集器,有效地提高了智能井盖无线监测节点电池的续航能力,降低了人工巡查的成本。分析了收集器的工作原理,采用ANSYS Workbench软件进行仿真优化,研究了对钹式压电能量收集器输出性能影响的关键因素。加工组装了钹式发电装置样机并完成了测试。结果表明,样机在脉冲宽度250 ms、冲击载荷0, 5 MPa下,输出开路电压为102 V,输出功率为4, 11 mW,有效地提高了井盖监测节点的续航能力。
压电 钹式 能量收集 智能井盖 piezoelectric cymbal energy harvesting smart manhole cover 
压电与声光
2022, 44(2): 310
作者单位
摘要
1 中国计量大学 理学院,浙江 杭州310018
2 深圳职业技术学院 电子与通信工程学院,广东 深圳 518055
基于Timoshenko梁弯曲理论,该文建立了双激励阶梯形弯曲振动夹心式压电换能器的传递矩阵理论模型。利用解析理论模型和有限元仿真对换能器的前4阶弯曲振动特性进行了计算分析。结果表明,在换能器的各阶弯曲振动模态下,解析理论计算与有限元仿真均取得了一致结果,即在低阶(一、二阶)弯曲振动模式下换能器有效机电耦合系数大,高阶弯曲振动模式下换能器的有效机电耦合系数小。阶梯形前盖板的直径比对换能器的各阶弯曲共振频率和放大系数均有较大的影响,直径比越大,弯曲共振频率越低,放大系数越大。
Timoshenko梁理论 弯曲振动 传递矩阵法 有限元仿真 振动模态 Timoshenko’s beam theory flexural vibration transfer matrix method FE simulation vibration mode 
压电与声光
2022, 44(2): 316
作者单位
摘要
武夷学院 微电子系,福建 武夷山 354300
为了降低微流分析成本,该文提出了基于智能手机检测压电基片上目标微液滴方法,并开发出相应的应用软件,通过分析微液滴颜色信息和几何信息定位目标微液滴位置,结合分析时间获取微液滴输运速度。为验证提出方法的正确性,以5 μL黑色墨水溶液微液滴为研究对象,进行压电基片上微液滴识别和位置分析实验。结果表明,该文所提方法和开发的应用软件可识别和定位压电基片上微液滴,在功率为27, 5 dBm时,第2~10 s段内微液滴输运速度为0, 416 mm/s。
智能手机 微液滴 识别 定位 压电基片 smartphone microdroplet identify sensing position piezoelectric substrate 
压电与声光
2022, 44(2): 323
作者单位
摘要
宁波大学 机械工程与力学学院, 浙江 宁波 315211
以压电陶瓷驱动器作为动力输入的快速伺服刀架具有输出力大和高频率响应的优点。压电陶瓷驱动器固有的迟滞现象严重影响了快速伺服刀架的输出定位精度。为解决此问题,通过引入归一化Bouc-Wen模型建立前馈控制补偿器,归一化Bouc-Wen模型解决了经典Bouc-Wen模型中存在的参数冗余问题。获得模型参数后,基于其逆模型搭建了前馈补偿器,并在搭建的实验平台上进行了单/双自由度轨迹跟踪性能测试。实验结果表明,对于等幅正弦波信号,经前馈控制环节补偿下快速伺服刀架的最大轨迹跟踪误差为1, 18%,最大轨迹跟踪偏差为2, 61%,证明该文所提出的前馈控制补偿器能提高快速伺服刀架的定位精度。
快速伺服刀架 Bouc-Wen模型 迟滞特性 前馈控制 压电陶瓷驱动器 fast servo tool post Bouc-Wen model hysteresis characteristics feedforward control piezoelectric ceramic driver 
压电与声光
2022, 44(2): 327
作者单位
摘要
中电科技集团 重庆声光电有限公司,重庆 401332
针对激光测风雷达回波信号极其微弱,直接快速傅里叶变换(FFT)后无法得到回波信号频域幅值的问题,该文提出了嵌入现场可编程门阵列(FPGA)的数字中频信号处理方法,有效地提取了回波信号频域幅值。激光测风雷达的回波信号是相干激光脉冲信号经过空气中气溶胶后向散射的信号,由于空气中气溶胶浓度小以及激光发射功率限制,回波信号微弱,首先将模拟回波信号经过中频放大器进行信号放大,再进入模数转换器(ADC)采样,然后采用补零FFT和FFT频谱累积等数字中频信号处理方法,提高微弱回波信号的信噪比,从而有效识别了回波信号中含有风速信息的频域幅值。结果表明,经过试验可得2 km内稳定的风速,精度可达0, 1 m/s。
激光测风雷达 相干 回波 输入功率 多普勒频移 频谱累计 coherent laser wind lidar coherent echo signal input power Doppler frequency shift spectrum accumulation 
压电与声光
2022, 44(2): 333