20、基于PZT的压电扬声器与Python疲劳哈欠检测系统研究

基于PZT的压电扬声器与Python疲劳哈欠检测系统研究

1 基于PZT的压电扬声器设计与分析

压电扬声器通常用于闹钟或其他机械设备中，以获得高质量的音频信号，不过其频率响应范围较窄。本研究选择圆形压电盘，因其能产生最大表面位移且灵敏度更高。

1.1 建模

• 理论与仿真分析 ：为实现最佳性能，隔膜振荡的共振频率即物体的固有频率。当振动外力以系统的共振频率施加时，系统会以更大振幅振荡。为比较仿真值并观察PZT圆盘直径和厚度对频率的影响，使用数学公式进行理论分析。圆形圆盘固有频率与直径和厚度的关系如下：
  [f = \frac{c}{2\pi}\sqrt{\frac{Et^3}{mR^4(1 - \vartheta^2)}}]
  对于PZT - 5A：
• (f)：PZT圆形盘的固有频率（赫兹）
• (C)：介电损耗因子（(C = 1.8)）
• (E)：杨氏模量（牛顿/平方米，(E = 5.33)）
• (t)：厚度（毫米）
• (m)：质量（千克²，(m = \rho t)，其中(\rho = 7750)千克/立方米）
• (R)：圆形PZT盘半径（毫米）
• (V)：泊松比（(V = 0.31)）

从公式可知，固有频率取决于半径和厚度两个变量，因此选择这两个参数分析频率变化。通过COMSOL软件研究PZT圆盘直径和厚度变化的影响。

压电材料锆钛酸铅（PZT）具有高稳定性、灵敏度和共振频率，能对动态力学产生电响应。常用的