Rangkaian Setara Getaran Kopling Osilator Cakram Keramik Piezoelektrik

Resonator keramik piezoelektrik memiliki beragam aplikasi di berbagai bidang seperti transduser ultrasonik, filter keramik, akselerometer piezoelektrik, dan pengeras suara keramik. Dalam teori analisis dan pengujian tradisional resonator keramik piezoelektrik (termasuk standar pengukuran kristal piezoelektrik IRE internasional), pada dasarnya diasumsikan bahwa getaran vibrator adalah satu dimensi, sehingga geometri vibrator terbatas. Itu seperti piringan tipis atau tangan ramping. Namun geometri vibrator sebenarnya terbatas, dan getarannya merupakan getaran berpasangan multidimensi, terutama bila geometri vibrator tidak memenuhi persyaratan teori satu dimensi. Teori satu dimensi tidak lagi berlaku dan teori-teori baru harus dikembangkan. Berkenaan dengan getaran gabungan multi-dimensi dari vibrator piezoelektrik ukuran terbatas, solusi analitisnya sulit diperoleh. Dengan pesatnya perkembangan teknologi komputasi numerik dan teknologi komputer elektronik, metode numerik telah banyak digunakan dalam analisis getaran vibrator, namun jumlah perhitungannya besar, dan pemrosesan data serta analisis hasil tidak praktis. Metode rangkaian ekivalen (seperti rangkaian ekivalen Mason) telah banyak digunakan dalam teori analisis satu dimensi osilator mode tunggal. Ini memiliki kelebihan berupa makna fisik yang jelas dan analisis sederhana. Berdasarkan tabung piezo bawah air dan persamaan gerak osilator keramik piezoelektrik, getaran gabungan vibrator dianalisis dengan mengabaikan tegangan geser dan regangan vibrator. Rangkaian ekivalen dan persamaan frekuensi resonansi dari getaran berpasangan diperoleh. Dibandingkan dengan metode numerik, analisis dan perhitungannya cukup sederhana. Dibandingkan dengan teori satu dimensi, keseluruhan teorinya tidak terlalu rumit, namun dapat menggambarkan karakteristik getaran vibrator dengan lebih baik, dan hasil yang diperoleh sesuai dengan nilai pengukuran.

2 Analisis rangkaian ekivalen vibrator piezoelektrik

Cakram keramik piezoelektrik, jari-jari dan ketebalannya masing-masing adalah permukaan ujung atas dan bawah. Yang ditutupi dengan entalpi listrik, ketebalannya dideuterasi secara aksial, dan tegangan eksitasi ditambahkan ke arah ketebalan selama operasi. Karena arah beras sejajar dengan arah tegangan eksitasi, getaran vibrator terutama merupakan getaran regangan, dan geser dapat diabaikan. Dalam kasus getaran aksisimetri, bentuk-bentuk berikut pipa keramik piezo dan persamaan gerak tersedia. Koefisien kopling elektromekanis yang setara dari getaran radial dan getaran aksial dari vibrator kopling adalah koefisien kopling elektromekanis radial dan longitudinal dari vibrator ideal. Ketika vibrator berada dalam resonansi, penerimaan total cenderung tak terhingga. Frekuensi resonansi getaran kopling osilator cakram keramik piezoelektrik, ketika material, ukuran geometris, dan mode getaran vibrator (akar pertama persamaan di atas diambil pada frekuensi dasar), mekanisme mekanis vibrator dapat diperoleh. Koefisien kopling dan frekuensi resonansi, persamaan di atas merupakan persamaan transendental, dan solusi analitisnya sulit ditemukan, sehingga harus digunakan metode numerik. Melalui penyelesaian persamaan di atas, dapat dilihat dari getaran sebenarnya dari vibrator bahwa kedua rangkaian larutan tersebut sesuai dengan dua mode getaran dari vibrator cakram getar pelat berpasangan, mode getaran sumbu lang dan mode getaran radial, dan vibrator yang diperoleh Frekuensi resonansi radial dan aksial transduser keramik piezoelektriks berbeda dari frekuensi resonansi teoritis satu dimensi dari osilator ukuran yang sama. Proses derivasi memperhitungkan penggabungan antara mode getaran. Selain itu, jika ukuran vibrator memenuhi kondisi tertentu, misalnya jari-jari vibrator sangat berbeda dengan ketebalan, dan kedua frekuensi (pencetakan frekuensi resonansi radial dan ketebalan) yang diperoleh persamaan frekuensi berjauhan, sehingga mode getaran vibrator dapat diabaikan. Kopling timbal balik di antara keduanya dianggap sebagai getaran mode tunggal. Sebaliknya jika ukuran vibrator tidak memenuhi syarat di atas maka kedua frekuensi yang diperoleh persamaan frekuensinya relatif dekat, dan getaran vibrator menjadi lebih rumit. Saat ini, teori satu dimensi tidak lagi dapat diterapkan, dan metode analisis dalam makalah ini harus digunakan. . Singkatnya, getaran vibrator sebenarnya bersifat multi-mode dan memiliki beberapa frekuensi resonansi. Namun bila ukuran vibrator memenuhi kondisi tertentu, maka dapat diperkirakan sebagai mode tunggal, yaitu vibrator mode tunggal yang dibahas dalam teori tradisional hanyalah perkiraan mode getaran dari vibrator sebenarnya. Dalam keadaan normal, getaran vibrator sebenarnya adalah getaran berpasangan. Selain itu, dari analisa di atas kita dapat melihat bahwa mode getaran tunggal osilator ideal dapat diturunkan langsung dari teori makalah ini.