铌酸锂晶体的Y-Z和Y-X切割对声波微波探测的比较研究

2@Xj@Xi工程科学与技术，国际期刊21（2018）527完整文章LiNbO 3两种切割（Y-Z和Y-X）探测体声波微波的概率神经网络比较研究Hafdaoui HichemAl-Al-Benatia Djamel阿尔及利亚巴特纳第二大学（Mostefa Benboulay）技术学院电子系阿提奇莱因福奥文章历史记录：2016年10月29日收到2018年3月23日修订2018年3月24日接受2018年3月31日在线提供保留字：声学微波体波压电材料概率神经网络（PNN）衰减系数A B S T R A C T本文主要研究体声波的探测，比较了铌酸锂晶体在压电LiNbO_3基片中声微波传播过程中的两种切割（Y-Z和Y-X）。在本文中，我们使用概率神经网络（PNN）的分类作为数值分析的工具，其中我们分类的传播速度的衰减系数的实部和虚部的所有值。该分析可以使我们证明BAW发电的最佳利用可能性本研究对于基于声微波传播的声波器件（超声）的建模和实现具有重要意义©2018 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍用于各种声光器件的最重要的部件之一是压电换能器，其将电信号转换成表示压电晶体的原子晶格变形的超声波。报道了用于表面声波（SAW）技术设备中的声波产生和检测的各种类型的换能器，诸如体声波（BAW）换能器、剪切波换能器和叉指换能器（IDT）叉指换能器是SAW器件中广泛使用的换能器，它们是在压电衬底上制造的金属梳状电极[1]。在[2]和[3]中很好地解释了具有IDT的SAW器件中BAW的产生和传播的理论。在这项工作中，我们寻找的声波速度和波衰减系数的压电基板的铌酸锂的水平然后将LiNbO 3切割Y-X的所得结果与[4]中提到的LiNbO 3切割Y-Z的结果进行比较。这种比较将使我们能够得出结论，它们中的哪一个更好地用于产生体声波。2. 唯象张量压电方程待处理的信号将被施加到换能器的电极，该换能器产生失真（压缩和压缩）。膨胀），因此产生压电波并在X方向上传播。我们考虑空间坐标如下：X1/4X;Y/4X2;Z/4X3介质的力学状态由两个张量类型的量值定义，即应力Tij和机械变形（应变）Sij（i，j = 1，2，3）。介质的电状态由两个矢量定义，电场Ek和电感应Di。应力张量和电感应的定义如下：[4Tij 1/4CijklS kl-e kijE k1Di eiklSkl其中i，j，k，l = 1，2，3，其中eik：压电张量（F/m）ejkl：压电张量（c/m）Cijkl：弹性张量（N/m2）应变与物质环境中粒子的相对位移相关联，由下式定义：第四章1.@Ui@Uj3*通讯作者。电子邮件地址：hichemhafdaoui@yahoo.fr（H.Hichem）。由Karabuk大学负责进行同行审查其中Ui表示颗粒的弹性位移（i = 1，2，3）。注意，在准静态近似中，分量的电场可以定义为：[4https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.03.0122215-0986/©2018 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch528H. 希赫姆湾Djamel/工程科学与技术，国际期刊21（2018）527Xre@XiimIM环@U4Ei¼-@Xi4其中U4是电势（i = 1，2，3）。另一方面，在准静态近似下，麦克斯韦div~D¼@Di¼0μ5μ m其中，Bi取决于压电材料的特征（Cijkl、eik和elij）和声速Vs的特征。矩阵[A]的行列式必须为零，我们有八个复根（i = 1，... . ，8）：aiaijbi14其中ai是实部，bi是虚部，其中am=am+1颗粒在应力（约束）作用下的运动由以下微分方程（牛顿第二定律）描述@2UjrT¼q@t2°6°其中q是介质的质量密度将（3）和（4）代入（1）和（2），我们得到以及bm=bm+1，其中m = 1，3，5，7。在表面模式（或瑞利波）中，ai（i = 1，. . ，8）是成对共轭的，只有负的考虑虚部（出于收敛原因）。让我们首先忽略纵向衰减（c= 0），将（14）插入（11）中，以获得Uiuiexp-bik·Y exp-j½x·t-kXaiY]15Tij¼Cijkl·1。@Uj@Ukekij·@U4ð7Þ4.体波D ¼e2@Xk@ Xj·1.@Uj@Uk-e@Xk@U4·ð8Þ声速VS的变化允许我们获得bi = 0（虚部），（15）变为ij ikl2@Xk@Xjik@XkUiui·exp-j½x·t-kXaiY]16将（7）和（8）代入（5）和（6），我们得到@2uk@2/@2ujCijkl@Xi@Xlelij@cXk@Xi¼q@t2@2uk@2U4ð9Þ这意味着沿Y方向没有衰减 而是沿X和Y方向传播（图1）。体波（BAW）的波性取决于ai的实部（ai）的符号。如果ai是负的，我们有体波（在晶体（Fig. （1））。eikl@Xi@Xl-eik@Xk@Xi¼010等式（9）和（10）是压电张量方程，它们描述了U1、U2、U3分量的弹性位移矢量与电势U4之间的电弹耦合。3. 溶液形式压电波是满足弹性和电边界条件的弹性和电方程的解当这些波在压电材料内呈指数衰减时，它们被称为表面波，如果不是这种情况，它们被称为体波。考虑以下形式的表面波（分波）Ui uiexpjbai Yexp-jx t-b1 jcX11其中ui（i = 1，2，3）是位移幅度，ui（i = 4）是电势幅度，k是传播常数，ai是压电基片内的波的穿透系数，c是纵向衰减系数，x是角脉动。我们会对系数ai感兴趣。选择YX切割LiNbO3（铌酸锂）。等式（9）和（10）可以写成矩阵形式，半A]半U]半U]半0]12其中[A]是矩阵（4× 4），该矩阵的元素取决于压电材料的特征（Cijkl、eik和elij）以及穿透系数α和声速VS的特征。矩阵[A]的行列式必须为零以确保非平凡解，它可以写为8bi·ai<$0131/4如果ai是正的（没有物理意义，因为等式（九）和（10）仅在所关注的材料中控制波的行为）。作为应用实例，我们选择在图。图3和图4是渗透系数实部和虚部的变化a3和a4是声速VS的函数。备注。对于（LiNbO 3切割Y-Z）如果a_i_n =0且a_i_n>0，则将获得体波[4，5]。对于（LiNbO 3切割Y-X）如果一个子波为0，一个子波为0，则将得到体波[5，7，8]。

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