Tilsvarende kredsløb for koblingsvibration af piezoelektrisk keramisk skiveoscillator

Piezoelektriske keramiske resonatorer har en bred vifte af anvendelser inden for mange områder, såsom ultralydstransducere, keramiske filtre, piezoelektriske accelerometre og keramiske højttalere. I den traditionelle analyse- og testteori for piezoelektriske keramiske resonatorer (herunder den internationale IRE piezoelektriske krystalmålestandard) antages det grundlæggende, at vibratorens vibration er endimensionel, så vibratorens geometri er begrænset. Det er som en tynd skive eller en slank hånd. Den faktiske vibratorgeometri er dog begrænset, og dens vibration er multidimensionel koblet vibration, især når vibratorens geometri ikke opfylder kravene i en-dimensionel teori. En-dimensionel teori vil ikke længere gælde, og nye teorier skal udvikles. Med hensyn til den multidimensionelle koblede vibration af en piezoelektrisk vibrator i finit-størrelse er den analytiske løsning vanskelig at udlede. Med den hurtige udvikling af numerisk computerteknologi og elektronisk computerteknologi er den numeriske metode blevet meget brugt i den koblede vibrationsanalyse af vibratoren, men beregningsmængden er stor, og databehandlingen og resultatanalysen er besværlig. Den ækvivalente kredsløbsmetode (såsom Mason-ækvivalentkredsløbet) er blevet meget brugt i den endimensionelle analyseteori for single-mode oscillatorer. Det har fordelene ved indlysende fysisk betydning og enkel analyse. Baseret på undervands piezorør og bevægelsesligninger for piezoelektriske keramiske oscillatorer, analyseres vibratorens koblede vibration under betingelsen om at negligere vibratorens forskydningsspænding og belastning. Det ækvivalente kredsløb og resonansfrekvensligningen for den koblede vibration opnås. Sammenlignet med den numeriske metode er dens analyse og beregning ret enkel. Sammenlignet med den endimensionelle teori er hele teorien ikke særlig kompliceret, men den kan bedre beskrive vibratorens koblede vibrationsegenskaber, og de opnåede resultater stemmer godt overens med måleværdierne.

2 Analyse af ækvivalent kredsløb af piezoelektrisk vibrator

Piezoelektrisk keramisk skive, dens radius og tykkelse er henholdsvis de øvre og nedre endeflader.som er dækket med elektrisk entalpi, tykkelsen er aksialt deutereret, og excitationsspændingen tilføjes i tykkelsesretningen under drift. Da risens retning er parallel med retningen af ​​excitationsspændingen, er vibratorens vibration hovedsageligt en strækvibration, og forskydningen kan ignoreres. I tilfælde af aksesymmetrisk vibration kan følgende former for piezo keramiske rør og bevægelsesligninger er tilgængelige. Den ækvivalente elektromekaniske koblingskoefficient for den radiale vibration og aksiale vibration af koblingsvibratoren er den radiale og langsgående elektromekaniske koblingskoefficient for den ideelle vibrator. Når vibratoren er i resonansen, har den samlede adgang til at være uendelig. Resonansfrekvensen af ​​den piezoelektriske keramiske skiveoscillatorkoblingsvibration, når vibratorens materiale, geometriske størrelse og vibrationstilstand (den første rod af ovenstående ligning er taget ved den grundlæggende frekvens), kan vibratorens mekaniske mekanisme opnås. Koblingskoefficient og resonansfrekvens, ovenstående ligning er en transcendental ligning, og dens analytiske løsning er svær at finde, og den numeriske metode skal bruges. Gennem løsningen af ​​ovenstående ligning kan det ses ud fra vibratorens faktiske vibration, at de to sæt af løsninger svarer til de to vibrationstilstande for den koblede pladevibrerende skivevibrator, langakse-vibrationstilstanden og den radiale vibrationstilstand, og den opnåede vibrator piezoelektrisk keramisk transducers . Udledningsprocessen tager højde for koblingen mellem vibrationstilstandene. Derudover, når størrelsen af ​​vibratoren opfylder visse betingelser, for eksempel, adskiller vibratorens radius sig meget fra tykkelsen, og de to frekvenser (udskrivning af radiale og tykkelsesresonansfrekvenser) opnået ved frekvensligningen er langt fra hinanden, så vibratorens vibrationstilstand kan ignoreres. Den gensidige kobling mellem dem betragtes som vibrationen af ​​en enkelt tilstand. Omvendt, hvis størrelsen af ​​vibratoren ikke opfylder ovenstående betingelser, er de to frekvenser opnået ved frekvensligningen relativt tæt, og vibratorens vibration er mere kompliceret. På nuværende tidspunkt vil den endimensionelle teori ikke længere være anvendelig, og analysemetoden i dette papir skal udnyttes. . Kort sagt, vibrationen af ​​enhver faktisk vibrator er multi-mode og har flere resonansfrekvenser. Men når størrelsen af ​​vibratoren opfylder visse betingelser, kan den tilnærmes som en single mode, det vil sige, at single mode vibratoren diskuteret i den traditionelle teori kun er en tilnærmet vibrationstilstand for en faktisk vibrator. Under normale omstændigheder er vibrationen af ​​enhver faktisk vibrator en koblet vibration. Ud fra ovenstående analyse kan vi desuden se, at den ideelle oscillators enkeltvibrationstilstand kan udledes direkte fra teorien i denne artikel.