Ekwivalente stroombaan van koppelingvibrasie van piëso-elektriese keramiekskyf-ossillator

Piëso-elektriese keramiekresonators het 'n wye reeks toepassings in baie velde soos ultrasoniese omskakelaars, keramiekfilters, piëzo-elektriese versnellingsmeters en keramiekluidsprekers. In die tradisionele analise- en toetsteorie van piëzo-elektriese keramiekresonators (insluitend die internasionale IRE piëzo-elektriese kristalmetingstandaard), word basies aanvaar dat die vibrasie van die vibrator eendimensioneel is, dus is die meetkunde van die vibrator beperk. Dit is soos 'n dun skyf of 'n skraal hand. Die werklike vibratorgeometrie is egter beperk, en die vibrasie daarvan is multidimensionele gekoppelde vibrasie, veral wanneer die meetkunde van die vibrator nie aan die vereistes van eendimensionele teorie voldoen nie. Eendimensionele teorie sal nie meer geld nie en nuwe teorieë moet ontwikkel word. Met betrekking tot die multi-dimensionele gekoppelde vibrasie van 'n eindige grootte piëso-elektriese vibrator, is die analitiese oplossing moeilik om af te lei. Met die vinnige ontwikkeling van numeriese rekenaartegnologie en elektroniese rekenaartegnologie, is die numeriese metode wyd gebruik in die gekoppelde vibrasie-analise van die vibrator, maar die berekeningshoeveelheid is groot, en die dataverwerking en resultaatontleding is omslagtig. Die ekwivalente stroombaanmetode (soos die Mason-ekwivalente stroombaan) is wyd gebruik in die eendimensionele ontledingsteorie van enkelmodus-ossillators. Dit het die voordele van ooglopende fisiese betekenis en eenvoudige ontleding. Gebaseer op die onderwater piëzo-buis en bewegingsvergelykings van piëzo-elektriese keramiek ossillators, word die gekoppelde vibrasie van die vibrator ontleed onder die voorwaarde dat die skuifspanning en vervorming van die vibrator verwaarloos word. Die ekwivalente stroombaan en resonante frekwensievergelyking van die gekoppelde vibrasie word verkry. In vergelyking met die numeriese metode is die ontleding en berekening daarvan redelik eenvoudig. In vergelyking met die eendimensionele teorie, is die hele teorie nie baie ingewikkeld nie, maar dit kan die gekoppelde vibrasie-eienskappe van die vibrator beter beskryf, en die behaalde resultate stem goed ooreen met die meetwaardes.

2 Ontleding van ekwivalente stroombaan van piëso-elektriese vibrator

Piëso-elektriese keramiekskyf, sy radius en dikte is onderskeidelik die boonste en onderste eindvlakke.wat met elektriese entalpie bedek is, die dikte is aksiaal gedeutereer, en die opwekkingsspanning word in die dikte-rigting bygevoeg tydens werking. Aangesien die rigting van die rys parallel is met die rigting van die opwekkingsspanning, is die vibrasie van die vibrator hoofsaaklik 'n strekvibrasie, en die skuif kan geïgnoreer word.In die geval van aksimmetriese vibrasie, is die volgende vorme van piëzo-keramiekpyp en bewegingsvergelykings is beskikbaar. Die ekwivalente elektromeganiese koppelingskoëffisiënt van die radiale vibrasie en aksiale vibrasie van die koppelingvibrator is die radiale en longitudinale elektromeganiese koppelingskoëffisiënt van die ideale vibrator. Wanneer die vibrator in die resonansie is, is die totale toelating geneig om oneindig te wees. Die resonante frekwensie van die piëzo-elektriese keramiek skyf ossillator koppeling vibrasie, wanneer die materiaal, geometriese grootte en vibrasie modus van die vibrator (die eerste wortel van die bogenoemde vergelyking geneem word by die fundamentele frekwensie), kan die meganiese meganisme van die vibrator verkry word. Koppelingskoëffisiënt en resonansiefrekwensie, die bogenoemde vergelyking is 'n transendentale vergelyking, en sy analitiese oplossing is moeilik om te vind, en die numeriese metode moet gebruik word. Deur die oplossing van die bogenoemde vergelyking, kan dit gesien word uit die werklike vibrasie van die vibrator dat die twee stelle oplossings ooreenstem met die twee vibrasiemodusse van die gekoppelde plaat vibrerende skyfvibrator, die lang-as vibrasiemodus en die radiale vibrasiemodus, en die verkrygde vibrator. Die radiale en aksiale resonansie frekwensies van piëzo-elektriese keramiek-omskakelaars is verskillend van die een-dimensionele osone resonansie grootte van dieselfde grootte van die een-dimensie van dieselfde. Die afleidingsproses neem die koppeling tussen die vibrasiemodusse in ag. Daarbenewens, wanneer die grootte van die vibrator byvoorbeeld aan sekere voorwaardes voldoen, verskil die radius van die vibrator baie van die dikte, en die twee frekwensies (druk radiale en dikte resonante frekwensies) wat deur die frekwensievergelyking verkry word, is ver uitmekaar, dus kan die vibrator vibrasiemodus geïgnoreer word. Die onderlinge koppeling tussen hulle word beskou as die vibrasie van 'n enkele modus. Omgekeerd, as die grootte van die vibrator nie aan bogenoemde voorwaardes voldoen nie, is die twee frekwensies wat deur die frekwensievergelyking verkry word relatief naby, en die vibrasie van die vibrator is meer ingewikkeld. Op hierdie stadium sal die eendimensionele teorie nie meer van toepassing wees nie, en die ontledingsmetode in hierdie vraestel moet gebruik word. . Kortom, die vibrasie van enige werklike vibrator is multi-modus en het verskeie resonante frekwensies. Wanneer die grootte van die vibrator egter aan sekere voorwaardes voldoen, kan dit benader word as 'n enkelmodus, dit wil sê, die enkelmodusvibrator wat in die tradisionele teorie bespreek word, is slegs 'n benaderde vibrasiemodus van 'n werklike vibrator. Onder normale omstandighede is die vibrasie van enige werklike vibrator 'n gekoppelde vibrasie. Daarbenewens, uit die bogenoemde analise, kan ons sien dat die enkele vibrasiemodus van die ideale ossillator direk afgelei kan word van die teorie van hierdie vraestel.