压电悬臂梁设计方案
压电悬臂梁设计方案
1. 支撑方式
由于当外界作用力一定时，压电振子采用悬臂支撑方式的发电量最大。故本方案采用悬臂支撑方式。其示意图如下所示：
图1 悬臂梁支撑方式示意图
2. 振动模态
本方案采用LE 模式，即形变方向垂直于所产生的电场方向，其示意图如下：
图2 LE振动模态示意图
3.
压电悬臂梁整体结构示意图
图3 压电悬臂梁整体结构示意图
其中：L 表示压电梁的长度； W表示压电梁的宽度；
tp 表示压电陶瓷晶片层的厚度； t s 表示金属基板层的厚度； M表示质量块的有效质量；
F表示作用于悬臂梁末端的外界激励。
4. 实物效果图
图4 压电悬臂梁结构效果图
5. 相关参数：（暂定）
表1 压电振子制作相关参数表
6. 压电振子的制作
图5压电振子制作流程图
1）金属基板的处理
首先将铍青铜裁剪成所需要的尺寸，然后对其进行热处理：把铍青铜用两压板夹紧，以保证其平整；再将夹着铍青铜的夹板置于加热炉中加热2小时，温度设置为320度；等加热完毕后，将夹板取出，冷却至室温；然后用砂纸将热处理后铍青铜表明的氧化层除去。 2）清洗
处理后的铍青铜和压电陶瓷片都必须用丙酮溶液清洗干净才可以粘贴:用镊子夹取适量脱脂棉花, 蘸取适量丙酮溶液, 反复擦拭金属基板和压电陶瓷表面。注意在清洗过程中不能损伤压电陶瓷表面的键银电极。 3）粘贴
将清洗干净的金属基板和压电陶瓷置于干净的试验平台上, 取少量AB 胶涂于压电陶瓷上, 并将压电陶瓷粘贴于金属基板上, 同时轻轻的按压相粘贴的压电陶瓷和金属基板, 排出气泡, 挤出多余的胶水, 并用小刮板将周边的AB 胶刮去。
等压电陶瓷与金属基板相粘贴后, 可用平板压住压电振子。由于AB 胶的特殊性能, 粘贴好的压电振子要在24小时后才能进行试验研究。在粘贴的过程中, 按照要求确定压电陶 瓷的极化方向, 同时保持压电陶瓷与金属板有较高的平行度, 由于气泡会降低压电振子的軔性, 应尽量排空粘贴层的气泡。粘贴层应越薄越好, 但应均匀的涂于压电陶瓷与金属基 板相粘贴的面, 以保证绝缘。若是粘贴层太厚, 容易影响到压电振子的发电性能。 4）引出电极
为了得到压电陶瓷的发电性能, 需要在陶瓷的正负极分别引出电极。可以通过焊丝将细导线焊接在压电陶瓷的正负极上, 为下一步的性能分析做准备。在焊接的过程中, 应特 别注意控制焊丝的温度, 以免破坏压电陶瓷表面。 7. 注意事项：
1）压电振子制作过程中，要小心避免脆裂，并使粘结层对压电振子的影响减小到最小；
2）寻找与压电振子匹配的电路，使得到的电荷能高效率的储存到电池中，避免在电路中的浪费。（后续工作） 8. 其他
固定方式和相关固定结构可参照效果图（图4）设计即可。