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壓電振子參數(shù)的原理

日期:2020-08-26瀏覽:2160次

  機械品質(zhì)因數(shù)Qm和機電耦合系數(shù)K是描述壓電振子的兩個主要參數(shù)。Qm表征壓電體諧振時,因克服內(nèi)摩擦而消耗的能量。機電耦合系數(shù)K是衡量壓電性強弱的重要物理量,設計器件時,它是決定帶寬的重要因素。機電耦合系數(shù)雖然是無量綱的物理量,但是由于壓電振子機械能取決于振子的形狀和振動模式,不同的振動模式將有相應的機電耦合系數(shù)。壓電陶瓷(8mm)和纖鋅礦(6mm)的基本耦合系數(shù)共有五個,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、厚度振動機電耦合系數(shù)Kt和厚度切變振動機電耦合系數(shù)k15等。其它的性能常數(shù)也取決于相應的振動模式。下面將僅以圓片厚度伸縮振動模式為例說明測試方法。
 
  測試原理
 
  在電學短路條件下,自由振動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為厚度伸縮振動機電耦合系數(shù),無單位數(shù);X為歸一化頻率,無單位數(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,通過泛音比fsi/fsl可以確定振子的厚度伸縮振動機電耦合系數(shù)kt及其它相關參數(shù)。
 
  泛音比fsi/fsl與耦合系數(shù)kt的對應關系、泛音頻率與基波并聯(lián)諧振頻率之比fsi/fp與耦合系數(shù)kt的對應關系見GB/T 3389.5-1995。
 
  測量基頻和泛音頻率后,由計算泛音比fsi/fsl,查表確定耦合系數(shù)kt,并計算振子的其它材料參數(shù)。對薄圓片振子的厚度伸縮振動來說,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模的并聯(lián)諧振頻率模糊不清,雖然厚度伸縮振動?;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,響應大,可以用動態(tài)傳輸法測量。

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