基于有限元法的2-1-3、1-3与1-3-2型压电复合换能器性能比较

1-3型、1-3-2型和2-1-3型压电复合材料是用于设计和制造超声换能器的三种合适的智能材料。它们在不同阶段被提出，但具有相似的性质。与最初的1-3型复合材料相比，1-3-2型复合材料具有更高的机械稳定性。与1-3-2型复合材料相比，2-1-3型复合材料的制造难度更低。本文对这三种复合材料作为接收换能器材料的特性进行了比较研究。采用有限元法（FEM）计算了纵波速度、厚度机电耦合系数和电压接收灵敏度。结果表明，对于大长宽比 $\alpha=1$，2-1-3型复合换能器的性能远优于1-3型和1-3-2型复合换能器。2-1-3型复合换能器的厚度机电耦合系数约为1-3型复合换能器的5.58倍，为1-3-2型复合换能器的7.42倍。在2 kHz时，2-1-3型复合换能器的电压接收灵敏度比1-3-2型复合换能器高13.1 dB，比1-3型复合换能器高12.3 dB。