Pietsosähköisen keraamisen levyoskillaattorin kytkentävärähtelyn ekvivalenttipiiri

Pietsosähköisillä keraamisilla resonaattoreilla on laaja valikoima sovelluksia monilla aloilla, kuten ultraäänimuuntimissa, keraamisissa suodattimissa, pietsosähköisissä kiihtyvyysantureissa ja keraamisissa kaiuttimissa. Perinteisessä pietsosähköisten keraamisten resonaattorien analyysi- ja testausteoriassa (mukaan lukien kansainvälinen IRE pietsosähköisten kiteiden mittausstandardi) oletetaan periaatteessa, että värähtelyn värähtely on yksiulotteinen, joten täryttimen geometria on rajallinen. Se on kuin ohut kiekko tai hoikka käsi. Varsinainen värähtelygeometria on kuitenkin rajallinen ja sen värähtely on moniulotteista kytkettyä värähtelyä, varsinkin kun täryttimen geometria ei täytä yksiulotteisen teorian vaatimuksia. Yksiulotteinen teoria ei enää päde ja uusia teorioita on kehitettävä. Mitä tulee äärellisen kokoisen pietsosähköisen värähtelijän moniulotteiseen kytkettyyn värähtelyyn, analyyttistä ratkaisua on vaikea johtaa. Numeerisen laskentatekniikan ja elektronisen tietotekniikan nopean kehityksen myötä numeerista menetelmää on käytetty laajalti täryttimen kytketyssä värähtelyanalyysissä, mutta laskentamäärä on suuri ja tietojenkäsittely ja tulosanalyysi ovat hankalia. Ekvivalenttipiirimenetelmää (kuten Masonin ekvivalenttipiiriä) on käytetty laajalti yksimuotoisten oskillaattorien yksiulotteisessa analyysiteoriassa. Sen etuna on ilmeinen fyysinen merkitys ja yksinkertainen analyysi. Perustuu vedenalainen pietsoputki ja pietsosähköisten keraamisten oskillaattorien liikeyhtälöt, täryttimen kytketty värähtely analysoidaan sillä ehdolla, että täryttimen leikkausjännitys ja venymä jätetään huomiotta. Saadaan kytketyn värähtelyn ekvivalenttipiiri ja resonanssitaajuusyhtälö. Verrattuna numeeriseen menetelmään, sen analysointi ja laskenta ovat melko yksinkertaisia. Yksiulotteiseen teoriaan verrattuna koko teoria ei ole kovin monimutkainen, mutta sillä voidaan paremmin kuvata täryttimen kytketyt värähtelyominaisuudet ja saadut tulokset ovat hyvin sopusoinnussa mittausarvojen kanssa.

2 Pietsosähköisen vibraattorin vastaavan piirin analyysi

Pietsosähköinen keraaminen kiekko, sen säde ja paksuus ovat vastaavasti ylä- ja alapäätypinnat, jotka on peitetty sähköisellä entalpialla, paksuus deuteroidaan aksiaalisesti ja herätejännite lisätään paksuuden suunnassa käytön aikana. Koska riisin suunta on samansuuntainen viritysjännitteen suunnan kanssa, täryttimen värähtely on pääasiassa venytysvärähtelyä ja leikkaus voidaan jättää huomiotta. Aksisymmetrisen värähtelyn tapauksessa seuraavat värähtelymuodot Pietsokeraamiset putket ja liikeyhtälöt ovat saatavilla. Kytkentävärähtelyn säteittäisen värähtelyn ja aksiaalivärähtelyn ekvivalentti sähkömekaaninen kytkentäkerroin on ihanteellisen täryttimen säteittäinen ja pitkittäinen sähkömekaaninen kytkentäkerroin. Kun vibraattori on resonanssissa, kokonaispääsyllä on taipumus olla ääretön. Pietsosähköisen keraamisen levyn oskillaattorin kytkennän värähtelyn resonanssitaajuus, kun täryttimen materiaali, geometrinen koko ja värähtelytapa (edellä olevan yhtälön ensimmäinen juuri otetaan perustaajuudella), voidaan saada vibraattorin mekaaninen mekanismi. Kytkentäkerroin ja resonanssitaajuus, yllä oleva yhtälö on transsendenttinen yhtälö, ja sen analyyttistä ratkaisua on vaikea löytää ja on käytettävä numeerista menetelmää. Yllä olevan yhtälön ratkaisun avulla värähtelijän todellisesta värähtelystä voidaan nähdä, että kaksi ratkaisusarjaa vastaavat kytketyn levyvärähtelylevyvärähtelyn kahta värähtelytilaa, lang-akselin värähtelytilaa ja säteittäistä värähtelytilaa sekä saatua vibraattoria pietsosähköinen keraaminen muunnins . Johtamisprosessissa otetaan huomioon värähtelymoodien välinen kytkentä. Lisäksi kun täryttimen koko täyttää tietyt ehdot, esimerkiksi täryttimen säde poikkeaa suuresti paksuudesta ja taajuusyhtälön avulla saadut kaksi taajuutta (tulostusradiaaliset ja paksuusresonanssitaajuudet) ovat kaukana toisistaan, joten värähtelyn värähtelytila ​​voidaan jättää huomiotta. Niiden välistä keskinäistä kytkentää pidetään yhden moodin värähtelynä. Käänteisesti, jos värähtelijän koko ei täytä yllä olevia ehtoja, taajuusyhtälön avulla saadut kaksi taajuutta ovat suhteellisen lähellä toisiaan ja värähtelyn värähtely on monimutkaisempaa. Tällä hetkellä yksiulotteinen teoria ei ole enää sovellettavissa, ja tässä artikkelissa olevaa analyysimenetelmää on hyödynnettävä. . Lyhyesti sanottuna minkä tahansa todellisen vibraattorin värähtely on monimuotoista ja sillä on useita resonanssitaajuuksia. Kuitenkin, kun täryttimen koko täyttää tietyt ehdot, se voidaan arvioida yksimuotoiseksi, eli perinteisessä teoriassa käsitelty yksimuotovärähtelijä on vain Varsinaisen värähtelijän likimääräinen värähtelytila. Normaaleissa olosuhteissa minkä tahansa todellisen täryttimen värähtely on kytkettyä värähtelyä. Lisäksi yllä olevasta analyysistä voimme nähdä, että ihanteellisen oskillaattorin yksivärähtelymuoto voidaan johtaa suoraan tämän artikkelin teoriasta.