Ekvivalent krets for koblingsvibrasjon av piezoelektrisk keramisk skiveoscillator

Piezoelektriske keramiske resonatorer har et bredt spekter av bruksområder innen mange felt som ultralydtransdusere, keramiske filtre, piezoelektriske akselerometre og keramiske høyttalere. I den tradisjonelle analyse- og testteorien for piezoelektriske keramiske resonatorer (inkludert den internasjonale IRE piezoelektriske krystallmålingsstandarden), er det i utgangspunktet antatt at vibrasjonen til vibratoren er endimensjonal, så geometrien til vibratoren er begrenset. Det er som en tynn skive eller en slank hånd. Den faktiske vibratorgeometrien er imidlertid begrenset, og dens vibrasjon er flerdimensjonal koblet vibrasjon, spesielt når geometrien til vibratoren ikke oppfyller kravene til endimensjonal teori. Endimensjonal teori vil ikke lenger gjelde og nye teorier må utvikles. Med hensyn til den flerdimensjonale koblede vibrasjonen til en piezoelektrisk vibrator med begrenset størrelse, er den analytiske løsningen vanskelig å utlede. Med den raske utviklingen av numerisk datateknologi og elektronisk datateknologi har den numeriske metoden blitt mye brukt i den koblede vibrasjonsanalysen av vibratoren, men beregningsmengden er stor, og databehandlingen og resultatanalysen er tungvint. Den ekvivalente kretsmetoden (som Mason-ekvivalentkretsen) har blitt mye brukt i den endimensjonale analyseteorien for enkeltmodusoscillatorer. Det har fordelene med åpenbar fysisk mening og enkel analyse. Basert på undervanns piezorør og bevegelsesligninger for piezoelektriske keramiske oscillatorer, analyseres den koblede vibrasjonen til vibratoren under forutsetning av å neglisjere skjærspenningen og tøyningen til vibratoren. Den ekvivalente kretsen og resonansfrekvensligningen for den koblede vibrasjonen oppnås. Sammenlignet med den numeriske metoden er analysen og beregningen ganske enkel. Sammenlignet med endimensjonal teori er ikke hele teorien veldig komplisert, men den kan bedre beskrive de koblede vibrasjonsegenskapene til vibratoren, og de oppnådde resultatene stemmer godt overens med måleverdiene.

2 Analyse av ekvivalent krets av piezoelektrisk vibrator

Piezoelektrisk keramisk skive, dens radius og tykkelse er henholdsvis øvre og nedre endeflater. som er dekket med elektrisk entalpi, tykkelsen er aksialt deuterert, og eksitasjonsspenningen legges til i tykkelsesretningen under drift. Siden retningen til risen er parallell med retningen til eksitasjonsspenningen, er vibrasjonen til vibratoren hovedsakelig en strekkvibrasjon, og skjæringen kan ignoreres. Ved aksesymmetrisk vibrasjon kan følgende former for piezo keramiske rør og bevegelsesligninger er tilgjengelige. Den ekvivalente elektromekaniske koblingskoeffisienten til den radielle vibrasjonen og den aksiale vibrasjonen til koblingsvibratoren er den radielle og langsgående elektromekaniske koblingskoeffisienten til den ideelle vibratoren. Når vibratoren er i resonansen, har den totale admittansen en tendens til å være uendelig. Resonansfrekvensen til den piezoelektriske keramiske oscillatorkoblingsvibrasjonen, når materialet, den geometriske størrelsen og vibrasjonsmodusen til vibratoren (den første roten av ligningen ovenfor er tatt ved den grunnleggende frekvensen), kan den mekaniske mekanismen til vibratoren oppnås. Koblingskoeffisient og resonansfrekvens, ligningen ovenfor er en transcendental ligning, og dens analytiske løsning er vanskelig å finne, og den numeriske metoden må brukes. Gjennom løsningen av ligningen ovenfor, kan det sees fra den faktiske vibrasjonen av vibratoren at de to settene med løsninger tilsvarer de to vibrasjonsmodusene til den koplede platevibrasjonsskiven, den langakse vibrasjonsmodusen og den radielle vibrasjonsmodusen, og den oppnådde vibratoren. De radielle og aksiale resonansfrekvensene til piezoelektrisk keramisk transdusers er forskjellige fra den en-dimensjonale resonansstørrelsen til samme størrelse. Utledningsprosessen tar hensyn til koblingen mellom vibrasjonsmodusene. I tillegg, når størrelsen på vibratoren tilfredsstiller visse betingelser, for eksempel, avviker radiusen til vibratoren mye fra tykkelsen, og de to frekvensene (utskrift av radial- og tykkelsesresonansfrekvenser) oppnådd av frekvensligningen er langt fra hverandre, så vibratorvibrasjonsmodusen kan ignoreres. Den gjensidige koblingen mellom dem betraktes som vibrasjonen av en enkelt modus. Omvendt, hvis størrelsen på vibratoren ikke tilfredsstiller de ovennevnte betingelsene, er de to frekvensene oppnådd ved frekvensligningen relativt nærme, og vibrasjonen til vibratoren er mer komplisert. På dette tidspunktet vil den endimensjonale teorien ikke lenger være anvendelig, og analysemetoden i denne oppgaven må benyttes. . Kort sagt, vibrasjonen til enhver faktisk vibrator er multi-modus og har flere resonansfrekvenser. Men når størrelsen på vibratoren oppfyller visse betingelser, kan den tilnærmes som en enkeltmodus, det vil si at enkeltmodusvibratoren som er diskutert i den tradisjonelle teorien bare er en omtrentlig vibrasjonsmodus for en faktisk vibrator. Under normale omstendigheter er vibrasjonen til enhver faktisk vibrator en koblet vibrasjon. I tillegg, fra analysen ovenfor, kan vi se at enkeltvibrasjonsmodusen til den ideelle oscillatoren kan avledes direkte fra teorien i denne artikkelen.