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壓電振子參數(shù)的原理

更新時(shí)間:2020-09-02      點(diǎn)擊次數(shù):1858

    機(jī)械因數(shù)Qm和機(jī)電耦合系數(shù)K是描述壓電振子的兩個(gè)主要參數(shù)。Qm表征壓電體諧振時(shí),因克服內(nèi)摩擦而消耗的能量。機(jī)電耦合系數(shù)K是衡量壓電性強(qiáng)弱的重要物理量,設(shè)計(jì)器件時(shí),它是決定帶寬的重要因素。機(jī)電耦合系數(shù)雖然是無(wú)量綱的物理量,但是由于壓電振子機(jī)械能取決于振子的形狀和振動(dòng)模式,不同的振動(dòng)模式將有相應(yīng)的機(jī)電耦合系數(shù)。壓電陶瓷(8mm)和纖鋅礦(6mm)的基本耦合系數(shù)共有五個(gè),即平面耦合系數(shù)Kp、橫向耦合系數(shù)K31、縱向耦合系數(shù)K33、厚度振動(dòng)機(jī)電耦合系數(shù)Kt和厚度切變振動(dòng)機(jī)電耦合系數(shù)k15等。其它的常數(shù)也取決于相應(yīng)的振動(dòng)模式。下面將僅以圓片厚度伸縮振動(dòng)模式為例說(shuō)明測(cè)試方法。

測(cè)試原理

在電學(xué)短路條件下,自由振動(dòng)的厚度伸縮模壓電振子的頻率方程為

       tgX=X/kt2                   (4.5-60)

式中,k為厚度伸縮振動(dòng)機(jī)電耦合系數(shù),無(wú)單位數(shù);X為歸一化頻率,無(wú)單位數(shù)。

   式中,ω為角頻率(ω=2πf),rad/s;t為振子厚度,m;VtD為厚向聲速,m/s;fsi為基頻或泛音頻率(i=1,3,5,7),Hz;fp為基波并聯(lián)諧振頻率,Hz。

   解(4.5-60)式方程可知,通過(guò)泛音比f(wàn)si/fsl可以確定振子的厚度伸縮振動(dòng)機(jī)電耦合系數(shù)kt及其它相關(guān)參數(shù)。

   泛音比f(wàn)si/fsl與耦合系數(shù)kt的對(duì)應(yīng)關(guān)系、泛音頻率與基波并聯(lián)諧振頻率之比f(wàn)si/fp與耦合系數(shù)kt的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)GB/T 3389.5-1995。

   測(cè)量基頻和泛音頻率后,由計(jì)算泛音比f(wàn)si/fsl,查表確定耦合系數(shù)kt,并計(jì)算振子的其它材料參數(shù)。對(duì)薄圓片振子的厚度伸縮振動(dòng)來(lái)說(shuō),試樣有限尺寸的影響,主要是徑向模高次諧波使厚度伸縮振動(dòng)模的并聯(lián)諧振頻率模糊不清,雖然厚度伸縮振動(dòng)?;l和泛音頻率也受到干擾,但和其鄰近的徑向模高次諧波相比,厚度?;l和泛音頻率fsi的諧振阻抗小,響應(yīng)大,可以用動(dòng)態(tài)傳輸法測(cè)量。

 

 

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