为z轴，ο点为压电振子的刚性质量块2的中心点。
[0034]图4所示为压电振子的第一阶模态振型，当刚性质量块2在XZ平面内，X坐标非O处受到Z轴方向的力时，压电振子在XZ平面内左右摇摆，以图4中标记的弹性梁单元11来说，其会产生弯曲形变振动，进而带动设置其上的压电材料层形变，从而产生电流。
[0035]图5所示为压电振子的第二阶模态振型，当刚性质量块2在XZ平面内，X坐标为O处受到Z轴方向的力时，压电振子在XZ平面内上下振动，以图5中标记的弹性梁单元11来说，其会产生二阶弯曲形变振动，进而带动设置其上的压电材料层形变，从而产生电流。
[0036]图6所示为压电振子的第三阶模态振型，当刚性质量块2在yz平面内，y坐标非O处受到z轴方向的力时，压电振子在yz平面内左右摇摆，以图6中标记的弹性梁单元11来说，其会产生一阶扭转形变振动，进而带动设置其上的压电材料层形变，从而产生电流。
[0037]对于上述示例的三种模态振型而言，各模型的固有频率比例关系大致为1:1.4:2.1。通过调整压电振子的体积，使得一阶模态振型的固有频率保持在环境振源最低频率附近(约为IHz)即可。
[0038]可选的，为了保证折叠层状弹性体I的弹性，可以选择金属材质作为折叠层状弹性体I。
[0039]进一步，在折叠层状弹性体I为金属材料时，为了安全起见，可以将折叠层状弹性体I上，未设置压电材料层13的表面涂覆绝缘漆。
[0040]再进一步，当折叠层状弹性体I为金属材料时，若对于某一个弹性梁单元11其上下表面均设置了压电材料层13，则可以以弹性梁单元11作为上下两个压电材料层13的公共电极端。
[0041]可选的，对于上下两个刚性质量块2来说，其可以设置为相互平行结构。当然，对于刚性质量块2和弹性梁单元11来说，其也可以是相互平行结构。
[0042]进一步参见图3所示，对于压电材料层13来说，其可以通过绝缘分割，划分为多个区域，图3所示的为4区域形式。对于每一个压电材料层区域来说，均需要设置电极引线。具体做法可以通过对压电材料层一侧的电极面进行电电极腐蚀，分割为图3所示的形状，另一侧电极面均匀涂抹导电胶后将其固定在弹性梁单元的表面。
[0043]通过对压电材料层进行区域划分，可以避免压电材料层产生的电荷被部分中和掉，造成总电荷降低，影响输出电流量。以图5和图6所示的两种模态振型为例，在图5的工作状态下，此时弹性梁单元沿X长度方向上会出现应力分布相反的区域，进而产生的电荷正负相反，如果不进行区域划分，则会出现部分电荷被相互中和的情况。在图6的工作状态下，此时弹性梁单元沿X长度方向会出现应力分布相反的区域，沿厚度y方向也会出现应力分布相互的区域，如果不进行区域划分，则同样会出现部分电荷被相互中和的情况。
[0044]最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0045]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0046]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种压电振子，其特征在于，包括: 折叠层状弹性体，所述折叠层状弹性体包括至少三个相互平行的弹性梁单元，每相邻两个所述弹性梁单元之间通过刚性连接件连接，所述折叠层状弹性体两端的所述弹性梁单元均通过刚性连接件连接有刚性质量块，任意一个或多个所述弹性梁单元的表面设置有压电材料层，压电材料层设置有电极引线。2.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述折叠层状弹性体两端的所述弹性梁单元所分别连接的刚性质量块相互平行设置。3.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述折叠层状弹性体为金属材料的折叠层状弹性体，所述折叠层状弹性体上未设置压电材料层的表面涂覆有绝缘漆。4.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述弹性梁单元表面设置的压电材料层为绝缘分割的若干个压电材料层区域，各个压电材料层区域均设置有电极引线。5.根据权利要求4所述的压电振子，其特征在于，所述压电材料层为均匀分布的四个压电材料层区域。6.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述弹性梁单元的个数为3个。7.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述压电材料层通过薄导电胶层粘贴在所述弹性梁单元的表面。8.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述压电材料层为压电陶瓷或压电单晶，其极化方向沿厚度方向。9.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述弹性梁单元、所述刚性连接件与所述刚性质量块为一体成型结构。10.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述刚性质量块与所述弹性梁单元均为矩形形状。
【专利摘要】本申请压电振子包括折叠层状弹性体，该弹性体包括至少三个相互平行的弹性梁单元，每相邻两个所述弹性梁单元之间通过刚性连接件连接，弹性体两端的所述弹性梁单元均通过刚性连接件连接有刚性质量块。在任意一个或多个弹性梁单元的表面设置有压电材料层，并且在压电材料层上设置有电极引线，用于引出电流。应用本申请的压电振子时，将任意一端的刚性质量块固定在振源上，振源的振动将通过质量块传递至弹性梁单元，引起弹性梁单元产生一阶弯曲形变振动、二阶弯曲形变振动和一阶扭转形变振动，三个振动模态的振动频率存在一定比例关系，从而在一阶共振频率附近较宽的频率范围内产生多个共振模态，扩大了压电振子的频率响应范围。
【IPC分类】H01L41/113
【公开号】CN104900797
【申请号】CN201510315555
【发明人】龚立娇, 冯志华, 潘巧生
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月10日