Еквівалентна схема зв'язку коливань п'єзоелектричного керамічного дискового осцилятора

П’єзоелектричні керамічні резонатори мають широкий спектр застосування в багатьох галузях, таких як ультразвукові перетворювачі, керамічні фільтри, п’єзоелектричні акселерометри та керамічні гучномовці. У традиційній теорії аналізу та тестування п’єзоелектричних керамічних резонаторів (включаючи міжнародний стандарт вимірювання п’єзоелектричних кристалів IRE) в основному передбачається, що вібрація вібратора є одновимірною, тому геометрія вібратора обмежена. Це як тонкий диск або тонка рука. Однак фактична геометрія вібратора обмежена, і його вібрація є багатовимірною пов’язаною вібрацією, особливо коли геометрія вібратора не відповідає вимогам одновимірної теорії. Одновимірна теорія більше не застосовуватиметься, і необхідно розробляти нові теорії. Що стосується багатовимірної пов’язаної вібрації п’єзоелектричного вібратора кінцевого розміру, важко отримати аналітичне рішення. Зі швидким розвитком чисельних обчислювальних технологій та електронно-обчислювальних технологій чисельний метод широко використовувався в аналізі сполучених вібрацій вібратора, але обсяг розрахунків великий, а обробка даних і аналіз результатів є громіздкими. Метод еквівалентної схеми (такий як еквівалентна схема Мейсона) широко використовується в теорії одновимірного аналізу одномодових осциляторів. Його переваги — очевидний фізичний зміст і простий аналіз. На основі підводної п’єзотрубки та рівнянь руху п’єзоелектричних керамічних осциляторів, зв’язана вібрація вібратора аналізується за умови нехтування напругою зсуву та деформацією вібратора. Отримано еквівалентну схему та рівняння резонансної частоти пов’язаних коливань. У порівнянні з чисельним методом його аналіз і розрахунок досить прості. У порівнянні з одновимірною теорією вся теорія не дуже складна, але вона може краще описати пов’язані вібраційні характеристики вібратора, а отримані результати добре узгоджуються з вимірювальними значеннями.

2 Аналіз схеми заміщення п'єзоелектричного вібратора

П'єзоелектричний керамічний диск, його радіус і товщина - це відповідно верхня і нижня торцеві поверхні, які покриті електричною ентальпією, товщина аксіально дейтерована, а напруга збудження додається в напрямку товщини під час роботи. Оскільки напрямок риси паралельний напрямку напруги збудження, вібрація вібратора є в основному розтягуючою вібрацією, а зсувом можна знехтувати. У випадку осесиметричної вібрації наступні форми п'єзокерамічна труба та рівняння руху доступні. Еквівалентний електромеханічний коефіцієнт зв’язку радіальної вібрації та осьової вібрації сполучного вібратора є радіальним і поздовжнім електромеханічним коефіцієнтом зв’язку ідеального вібратора. Коли вібратор знаходиться в резонансі, загальна пропускна здатність має тенденцію бути нескінченною. Резонансна частота вібрації зв’язку п’єзоелектричного керамічного дискового осцилятора, коли матеріал, геометричний розмір і режим вібрації вібратора (перший корінь вищевказаного рівняння береться на основній частоті), можна отримати механічний механізм вібратора. Коефіцієнт зв’язку та резонансна частота, наведене вище рівняння є трансцендентним рівнянням, і його аналітичне рішення важко знайти, тому слід використовувати чисельний метод. Розв’язуючи наведене вище рівняння, з фактичної вібрації вібратора можна побачити, що два набори розв’язків відповідають двом модам коливань дискового вібратора зі сполученою пластиною, режиму вібрації по осі Ланга та режиму радіальної вібрації, а отриманий вібратор. Радіальна та осьова резонансні частоти п'єзоелектричний керамічний перетворювачs відрізняються від одновимірної теоретичної резонансної частоти такого ж розміру осцилятора. Процес виведення враховує зв'язок між модами вібрації. Крім того, коли розмір вібратора задовольняє певні умови, наприклад, радіус вібратора сильно відрізняється від товщини, а дві частоти (радіальна частота друку та резонансна частота товщини), отримані за допомогою частотного рівняння, знаходяться далеко одна від одної, тому режимом вібрації вібратора можна ігнорувати. Взаємний зв'язок між ними розглядається як коливання однієї моди. І навпаки, якщо розмір вібратора не задовольняє наведеним вище умовам, дві частоти, отримані за допомогою частотного рівняння, є відносно близькими, і вібрація вібратора є більш складною. Наразі одновимірна теорія більше не застосовна, і слід використовувати метод аналізу, наведений у цій статті. . Коротше кажучи, вібрація будь-якого реального вібратора є багатомодовою і має кілька резонансних частот. Однак, коли розмір вібратора відповідає певним умовам, він може бути наближено визначений як одномодовий, тобто одномодовий вібратор, який обговорюється в традиційній теорії, є лише приблизним режимом вібрації фактичного вібратора. За нормальних обставин вібрація будь-якого фактичного вібратора є пов’язаною вібрацією. Крім того, з наведеного вище аналізу ми бачимо, що єдину моду коливань ідеального осцилятора можна безпосередньо вивести з теорії цієї статті.