Circuitul echivalent al vibrației de cuplare a oscilatorului piezoelectric cu disc ceramic

Rezonatoarele ceramice piezoelectrice au o gamă largă de aplicații în multe domenii, cum ar fi traductoare cu ultrasunete, filtre ceramice, accelerometre piezoelectrice și difuzoare ceramice. În teoria tradițională de analiză și testare a rezonatoarelor ceramice piezoelectrice (inclusiv standardul internațional de măsurare a cristalelor piezoelectrice IRE), practic se presupune că vibrația vibratorului este unidimensională, deci geometria vibratorului este limitată. Este ca un disc subțire sau o mână subțire. Cu toate acestea, geometria reală a vibratorului este limitată, iar vibrația sa este o vibrație cuplată multidimensională, mai ales atunci când geometria vibratorului nu îndeplinește cerințele teoriei unidimensionale. Teoria unidimensională nu se va mai aplica și trebuie dezvoltate noi teorii. În ceea ce privește vibrația cuplată multidimensională a unui vibrator piezoelectric de dimensiuni finite, soluția analitică este dificil de obținut. Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei de calcul numeric și a tehnologiei informatice electronice, metoda numerică a fost utilizată pe scară largă în analiza vibrațiilor cuplate a vibratorului, dar valoarea de calcul este mare, iar procesarea datelor și analiza rezultatelor sunt greoaie. Metoda circuitului echivalent (cum ar fi circuitul echivalent Mason) a fost utilizată pe scară largă în teoria analizei unidimensionale a oscilatoarelor cu un singur mod. Are avantajele semnificației fizice evidente și analizei simple. Pe baza tub piezo subacvatic și ecuațiile de mișcare ale oscilatoarelor ceramice piezoelectrice, vibrația cuplată a vibratorului este analizată sub condiția neglijării efortului de forfecare și a deformarii vibratorului. Se obțin circuitul echivalent și ecuația frecvenței de rezonanță a vibrației cuplate. În comparație cu metoda numerică, analiza și calculul acesteia sunt destul de simple. În comparație cu teoria unidimensională, întreaga teorie nu este foarte complicată, dar poate descrie mai bine caracteristicile vibrației cuplate ale vibratorului, iar rezultatele obținute sunt în bună concordanță cu valorile măsurate.

2 Analiza circuitului echivalent al vibratorului piezoelectric

Disc ceramic piezoelectric, raza și grosimea acestuia sunt, respectiv, fețele de capăt superioare și inferioare. care sunt acoperite cu entalpie electrică, grosimea este deuterat axial, iar tensiunea de excitare este adăugată în direcția grosimii în timpul funcționării. Deoarece direcția orezului este paralelă cu direcția tensiunii de excitare, vibrația vibratorului este în principal o vibrație de întindere, iar forfecarea poate fi ignorată. În cazul vibrațiilor axisimetrice, următoarele forme de țevi piezo-ceramice și ecuații de mișcare. Sunt disponibile Coeficientul de cuplare electromecanic echivalent al vibrației radiale și al vibrației axiale a vibratorului de cuplare este coeficientul de cuplare electromecanic radial și longitudinal al vibratorului ideal. Când vibratorul este în rezonanță, admitanța totală tinde să fie infinită. Frecvența de rezonanță a vibrației de cuplare a oscilatorului cu discuri ceramice piezoelectrice, atunci când materialul, dimensiunea geometrică și modul de vibrație al vibratorului (prima rădăcină a ecuației de mai sus este luată la frecvența fundamentală), mecanismul mecanic al vibratorului poate fi obținut. Coeficientul de cuplare și frecvența de rezonanță, ecuația de mai sus este o ecuație transcendentală, iar soluția ei analitică este greu de găsit, iar metoda numerică trebuie utilizată. Prin soluția ecuației de mai sus, se poate observa din vibrația reală a vibratorului că cele două seturi de soluții corespund celor două moduri de vibrație ale vibratorului cu discuri vibratoare cu plăci cuplate, modul de vibrație pe axa lang și modul de vibrație radială, iar vibratorul obținut traductor ceramic piezoelectrics . Procesul de derivare ține cont de cuplarea dintre modurile de vibrație. În plus, atunci când dimensiunea vibratorului îndeplinește anumite condiții, de exemplu, raza vibratorului diferă mult de grosime, iar cele două frecvențe (frecvențe radiale de imprimare și frecvențe de rezonanță a grosimii) obținute prin ecuația frecvenței sunt îndepărtate, astfel încât modul de vibrație al vibratorului poate fi ignorat. Cuplarea reciprocă dintre ele este privită ca vibrația unui singur mod. În schimb, dacă dimensiunea vibratorului nu satisface condițiile de mai sus, cele două frecvențe obținute prin ecuația frecvenței sunt relativ apropiate, iar vibrația vibratorului este mai complicată. În acest moment, teoria unidimensională nu va mai fi aplicabilă, iar metoda de analiză din această lucrare trebuie utilizată. . Pe scurt, vibrația oricărui vibrator real este multi-mod și are mai multe frecvențe de rezonanță. Cu toate acestea, atunci când dimensiunea vibratorului îndeplinește anumite condiții, acesta poate fi aproximat ca un singur mod, adică vibratorul cu un singur mod discutat în teoria tradițională este doar Un mod de vibrație aproximativ al unui vibrator real. În circumstanțe normale, vibrația oricărui vibrator real este o vibrație cuplată. În plus, din analiza de mai sus, putem observa că modul de vibrație unic al oscilatorului ideal poate fi derivat direct din teoria acestei lucrări.