Ekvivalent krets för kopplingsvibration för piezoelektrisk keramisk skivoscillator

Piezoelektriska keramiska resonatorer har ett brett användningsområde inom många områden såsom ultraljudsgivare, keramiska filter, piezoelektriska accelerometrar och keramiska högtalare. I den traditionella analys- och testteorin för piezoelektriska keramiska resonatorer (inklusive den internationella IRE piezoelektriska kristallmätningsstandarden) antas det i grunden att vibratorns vibration är endimensionell, så vibratorns geometri är begränsad. Det är som en tunn skiva eller en smal hand. Den faktiska vibratorgeometrin är dock begränsad och dess vibration är flerdimensionell kopplad vibration, speciellt när vibratorns geometri inte uppfyller kraven för endimensionell teori. Endimensionell teori kommer inte längre att gälla och nya teorier måste utvecklas. När det gäller den flerdimensionella kopplade vibrationen hos en piezoelektrisk vibrator med ändlig storlek är den analytiska lösningen svår att härleda. Med den snabba utvecklingen av numerisk beräkningsteknik och elektronisk datorteknik har den numeriska metoden använts i stor utsträckning i den kopplade vibrationsanalysen av vibratorn, men beräkningsmängden är stor och databehandlingen och resultatanalysen är besvärlig. Den ekvivalenta kretsmetoden (som Masons ekvivalenta krets) har använts i stor utsträckning i den endimensionella analysteorin för singelmodsoscillatorer. Det har fördelarna med uppenbar fysisk mening och enkel analys. Baserat på undervattens piezorör och rörelseekvationer för piezoelektriska keramiska oscillatorer, analyseras vibratorns kopplade vibration under förutsättning att vibratorns skjuvspänning och töjning försummas. Den ekvivalenta kretsen och resonansfrekvensekvationen för den kopplade vibrationen erhålls. Jämfört med den numeriska metoden är dess analys och beräkning ganska enkel. Jämfört med den endimensionella teorin är hela teorin inte särskilt komplicerad, men den kan bättre beskriva vibratorns kopplade vibrationsegenskaper och de erhållna resultaten överensstämmer väl med mätvärdena.

2 Analys av ekvivalent krets för piezoelektrisk vibrator

Piezoelektrisk keramisk skiva, dess radie och tjocklek är de övre och nedre ändytorna.som är täckta med elektrisk entalpi, tjockleken deutereras axiellt och exciteringsspänningen läggs till i tjockleksriktningen under drift. Eftersom risets riktning är parallell med excitationsspänningens riktning, är vibratorns vibration huvudsakligen en sträckande vibration, och skjuvningen kan ignoreras. När det gäller axisymmetrisk vibration, är följande former av piezokeramiska rör och rörelseekvationer finns tillgängliga. Den ekvivalenta elektromekaniska kopplingskoefficienten för kopplingsvibratorns radiella vibration och axiella vibration är den radiella och longitudinella elektromekaniska kopplingskoefficienten för den ideala vibratorn. När vibratorn är i resonansen tenderar den totala admittansen att vara oändlig. Resonansfrekvensen för den piezoelektriska keramiska skivoscillatorns kopplingsvibration, när vibratorns material, geometriska storlek och vibrationsläge (den första roten av ovanstående ekvation tas vid grundfrekvensen), kan vibratorns mekaniska mekanism erhållas. Kopplingskoefficient och resonansfrekvens, ovanstående ekvation är en transcendental ekvation, och dess analytiska lösning är svår att hitta, och den numeriska metoden måste användas. Genom lösningen av ovanstående ekvation, kan det ses från vibratorns faktiska vibration att de två uppsättningarna av lösningar motsvarar de två vibrationslägena för vibratorn med kopplad skiva, den långa axelns vibrationsläge och det radiella vibrationsläget, och den erhållna vibratorn piezoelektrisk keramisk givares . Härledningsprocessen tar hänsyn till kopplingen mellan vibrationslägena. Dessutom, när vibratorns storlek uppfyller vissa villkor, till exempel, skiljer sig radien på vibratorn mycket från tjockleken, och de två frekvenserna (utskrift av radiella och tjockleksresonansfrekvenser) som erhålls av frekvensekvationen ligger långt ifrån varandra, så vibratorns vibrationsläge kan ignoreras. Den ömsesidiga kopplingen mellan dem betraktas som vibrationen i ett enda läge. Omvänt, om vibratorns storlek inte uppfyller ovanstående villkor, är de två frekvenserna som erhålls genom frekvensekvationen relativt nära, och vibratorns vibration är mer komplicerad. För närvarande kommer den endimensionella teorin inte längre att vara tillämplig, och analysmetoden i denna artikel måste användas. . Kort sagt, vibrationen hos alla faktiska vibratorer är multi-mode och har flera resonansfrekvenser. Men när storleken på vibratorn uppfyller vissa villkor kan den approximeras som en singelmod, det vill säga den singelmodsvibrator som diskuteras i den traditionella teorin är endast ett ungefärligt vibrationsläge för en faktisk vibrator. Under normala omständigheter är vibrationen från en faktisk vibrator en kopplad vibration. Dessutom, från ovanstående analys, kan vi se att det enkla vibrationsläget för den ideala oscillatorn kan härledas direkt från teorin i denna artikel.