Litar Setara bagi Getaran Gandingan Pengayun Cakera Seramik Piezoelektrik

Resonator seramik piezoelektrik mempunyai pelbagai aplikasi dalam banyak bidang seperti transduser ultrasonik, penapis seramik, pecutan piezoelektrik dan pembesar suara seramik. Dalam analisis tradisional dan teori ujian resonator seramik piezoelektrik (termasuk piawaian pengukuran kristal piezoelektrik IRE antarabangsa), pada asasnya diandaikan bahawa getaran penggetar adalah satu dimensi, jadi geometri penggetar adalah terhad. Ia seperti cakera nipis atau tangan yang ramping. Walau bagaimanapun, geometri penggetar sebenar adalah terhad, dan getarannya ialah getaran berganding pelbagai dimensi, terutamanya apabila geometri penggetar tidak memenuhi keperluan teori satu dimensi. Teori satu dimensi tidak akan digunakan lagi dan teori-teori baru mesti dibangunkan. Berkenaan dengan getaran berganding berbilang dimensi bagi penggetar piezoelektrik bersaiz terhingga, penyelesaian analitik sukar diperoleh. Dengan perkembangan pesat teknologi pengkomputeran berangka dan teknologi komputer elektronik, kaedah berangka telah digunakan secara meluas dalam analisis getaran gabungan penggetar, tetapi jumlah pengiraan adalah besar, dan pemprosesan data dan analisis keputusan adalah rumit. Kaedah litar setara (seperti litar setara Mason) telah digunakan secara meluas dalam teori analisis satu dimensi pengayun mod tunggal. Ia mempunyai kelebihan makna fizikal yang jelas dan analisis mudah. Berdasarkan kepada tiub piezo bawah air dan persamaan gerakan pengayun seramik piezoelektrik, getaran gandingan penggetar dianalisis di bawah keadaan mengabaikan tegasan ricih dan terikan penggetar. Litar setara dan persamaan frekuensi resonan bagi getaran berganding diperolehi. Berbanding dengan kaedah berangka, analisis dan pengiraannya agak mudah. Berbanding dengan teori satu dimensi, keseluruhan teori ini tidak begitu rumit, tetapi ia boleh menerangkan dengan lebih baik ciri-ciri getaran yang digabungkan bagi penggetar, dan keputusan yang diperolehi adalah sesuai dengan nilai pengukuran.

2 Analisis litar setara penggetar piezoelektrik

Cakera seramik piezoelektrik , jejari dan ketebalannya masing-masing adalah muka hujung atas dan bawah.yang dilitupi entalpi elektrik, ketebalannya dideuterasi secara paksi, dan voltan pengujaan ditambah dalam arah ketebalan semasa operasi. Oleh kerana arah beras adalah selari dengan arah voltan pengujaan, getaran penggetar adalah terutamanya getaran regangan, dan ricih boleh diabaikan. Dalam kes getaran paksisimetri, bentuk berikut paip seramik piezo dan persamaan gerakan tersedia. Pekali gandingan elektromekanikal yang setara bagi getaran jejari dan getaran paksi penggetar gandingan ialah pekali gandingan elektromekanikal jejari dan membujur bagi penggetar ideal. Apabila penggetar berada dalam resonans, jumlah kemasukan cenderung tidak terhingga. Kekerapan resonan bagi getaran gandingan cakera seramik piezoelektrik, apabila bahan, saiz geometri dan mod getaran penggetar (akar pertama persamaan di atas diambil pada frekuensi asas), mekanisme mekanikal penggetar boleh diperolehi. Pekali gandingan dan kekerapan resonans, persamaan di atas adalah persamaan transendental, dan penyelesaian analitiknya sukar dicari, dan kaedah berangka mesti digunakan. Melalui penyelesaian persamaan di atas, dapat dilihat daripada getaran sebenar penggetar bahawa kedua-dua set penyelesaian sepadan dengan dua mod getaran penggetar cakera bergetar plat berganding, mod getaran paksi lang dan mod getaran jejarian, dan penggetar yang diperoleh. Frekuensi resonans jejari dan paksi yang transduser seramik piezoelektriks berbeza daripada frekuensi resonans yang sama adalah sama. pengayun. Proses derivasi mengambil kira gandingan antara mod getaran. Di samping itu, apabila saiz penggetar memenuhi syarat-syarat tertentu, sebagai contoh, jejari penggetar sangat berbeza daripada ketebalan, dan dua frekuensi (jejarian pencetakan dan frekuensi resonan ketebalan) yang diperolehi oleh persamaan frekuensi adalah berjauhan, jadi mod getaran penggetar boleh diabaikan. Gandingan bersama antara mereka dianggap sebagai getaran mod tunggal. Sebaliknya, jika saiz penggetar tidak memenuhi syarat di atas, kedua-dua frekuensi yang diperolehi oleh persamaan frekuensi adalah agak rapat, dan getaran penggetar adalah lebih rumit. Pada masa ini, teori satu dimensi tidak lagi boleh digunakan, dan kaedah analisis dalam kertas ini mesti digunakan. . Ringkasnya, getaran mana-mana penggetar sebenar adalah berbilang mod dan mempunyai berbilang frekuensi resonans. Walau bagaimanapun, apabila saiz penggetar memenuhi syarat tertentu, ia boleh dianggarkan sebagai mod tunggal, iaitu, penggetar mod tunggal yang dibincangkan dalam teori tradisional hanyalah Mod getaran anggaran penggetar sebenar. Dalam keadaan biasa, getaran mana-mana penggetar sebenar ialah getaran berganding. Di samping itu, daripada analisis di atas, kita dapat melihat bahawa mod getaran tunggal pengayun ideal boleh diperoleh secara langsung daripada teori kertas ini.