Монокристаллический элемент резонансного преобразователя (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться в электромеханических преобразователях в приборах, предназначенных для измерения физических величин, и в приборах селекции и стабилизации частоты.

Цель изобретения - повьшение стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (330-1000 кГц) с нулевым ТКЧ.

На фиг. 1 показана ориентация пластины монокристаллического элемента резонансного преобразователя относительно кристаллофизических осей X, Y и Z монокристалла танталата лития; на фиг. 2 - внешний вид монокристаллического элемента; на фиг. 3 - электрическая схема включения резонансного преобразователя с монокристагшическим элементом при возбуждении его автогенераторным методом на фиг. 4 - характерная зависимость изменения частоты предлагаемого монокристаллического элемента от температуры; на фиг, 5 - зависимость динамической индуктивности t, элементов от отношения 1/Ь. 30

35

Прямоугольная пластина 1 монокристаллического элемента выполнена из танталата лития (LiTaO) и ориентирована шириной 2 параллельно крис- таллофизической оси X (электрической оси) монокристалла и длиной 3 под наклоном относительно его кристалло- физической оси Z (оптической оси), т.е. вдоль оси z (фиг„ 1). Относительная величина угла наклона состав - ляет 53 - 65, а в соответств ш с вариантом выполнения - у 24 - 30 . При этом положительный знак угла означает, что отсчет происходит против часовой стрелки. Монокристал-- лический элемент снабжен на главных гранях пластины 1 тонкоплёночным электродным покрытием, состоящим из

1,/1 0,5 при 1/Ь 1,05 - 1,15

карманами для обеспечен ности осуществления не вн тухания закрепления элеме 15 показаны). Эти же линии р могут не иметь карманов наклонены к продольной ос ны на угол С| , который не быть больше . Ли ления покрытия на части 4 наклон, противоположный л деления покрытия на части Закрепление монокристалли элемента и токосъем произ помощью двух или четырех токоотводов, которые прип клеены или как-либо иначе нены к пластине или к нан на ее поверхность покрыти или двух узлах колебаний. расположены на главных гр ны монокристаллйческого э на. ее продольной оси 8 (э крепления на фиг. 2 не по что характерно для исполь типа колебаний - сдвига п В случае, если монокрис кий элемент используется электрическом резонаторе, мо тонких (проволочных) т даржателей оно снабжается установленной на основани щейся деталью последнего, З1фуюш 1м кожухом. Отношен ния 1( от узловой точки д го торца пластины 1 к ее но бь1ть выбрано из ряда з

40

45

0,5 0,22 при 1/Ь 2,3 - 2,9 (к 2)

0,153; 0,32; 0,5 при 1/Ь 4,0 - 4,6 (к 3)

О,in 0,24; 0,366; 0,5 при 1/Ь 5,3 - 5,6 (к 4)

1,71

1,/1

. ll/l

Приведенные значения получены экспериментально методом механического зондирования поверхности элемента в пределах от 1, /1 О до 1 //1 0,5.

Рассмотрим один из возможных способов соединения монокристалли(к Оческого элемента резонанс образователя с электричес для возбуждения в нем кол 55 (фиг. 3). Преобразователь кристаллическим элементом :в цепь положительной обра усилителя 10о Между входом

2168352

равных по площади частей А-7 (фиг. 2). Отношение длины 3 пластины 1 к ее ширине 2, обозначенное как 1/Ь,- выбрано из ряда относительных значе- 5 НИИ: 1,05-1,13} 2,3-2,91 4,0-4,6, 5,3-5,9 Линии разделения электродного покрытия на части 4, 5 и 6, 7 могут идти по середине пластины 1 с нулевым наклоном к ее продольной 10 оси 8. Однако в этом случае линии разделения должны выполняться с

карманами для обеспечения возможности осуществления не вносящего затухания закрепления элемента (не показаны). Эти же линии разделения могут не иметь карманов, но быть наклонены к продольной оси 8 пластины на угол С| , который не может быть больше . Линия разделения покрытия на части 4 и 5 имеет наклон, противоположный линии разделения покрытия на части 6 и 7. Закрепление монокристаллического . элемента и токосъем производятся с помощью двух или четырех проволочных токоотводов, которые припаяны, приклеены или как-либо иначе присоединены к пластине или к нанесенному на ее поверхность покрытию в одном или двух узлах колебаний. Эти узлы расположены на главных гранях пластины монокристаллйческого элемента, на. ее продольной оси 8 (элементы крепления на фиг. 2 не показаны), что характерно для используемого типа колебаний - сдвига по контуру. В случае, если монокристаллический элемент используется в пьезоэлектрическом резонаторе, то помимо тонких (проволочных) токоотводов- даржателей оно снабжается араматурой, установленной на основании или являющейся деталью последнего, и гермети- З1фуюш 1м кожухом. Отношение расстояния 1( от узловой точки до ближайшего торца пластины 1 к ее длине должно бь1ть выбрано из ряда значений:

2,9 (к

(к Оческого элемента резонансного преобразователя с электрической цепью для возбуждения в нем колебаний 55 (фиг. 3). Преобразователь 9 с монокристаллическим элементом включен :в цепь положительной обратной связи усилителя 10о Между входом последне3

го и преобразователем 9 включена цепь 11 автоматической регулировки амплитуды, К усилителю 10 подсоединен индикатор 12, например высокочастотный вольтметр, с возможность переключения на вход и выход усилителя. С усилителем соединен также частотомер 13. Возможны и другие приемы для возбуждения монокристалческого элемента, например фильтровой метод.

Устройство работает следующим образом.

При подаче переменного электричес - кого напряжения (фиг. 3) на электродное покрытие, состоящее из частей 4-7, сфазировано . (фиг. 2), между частями покрытия 4, 5 и 6, 7 образуется электрическое поле, силовые линии которого направлены так, как это показано на фиг. 2. Основная компонента поля направлена вдоль кристаллографической оси X. При этом результирующий пьезомодуль не равен нулю. Вследствие обратного пьезоэф- фекта при данном расположении возбуждающих электродов (частей 4-7 покрытия) в пластине 1 возбуждаются механические колебания сдвига по контуру. Вследствие прямого пьезо- эффекта механические колебания приводят к появлению на электродном покрытии знакопеременного электрического напряжения, частота которого имеет высокую стабильность, обеспечиваемую высокой стабильностью механических свойств монокристалла тан- талата лития. Частота этих колебаний, определяемая шириной и длиной пластины и величиной результирующей константы упругости, находится в пределах 300-1000 кГц. При предлагаемых соотношениях длины и щирины и относительных углах (углах среза) у 55-65 составляющие константы оказываются близкими по значению и имеют противоположные по знаку зависимости величины от температуры, по крайней мере, в области температур . Поэтому ТКЧ в области температур около 25° же имеет место и при

С близок к нулю. То V 24-30°.

Формула изобретения

1. Монокрйсталлический элемент резонансного преобразователя, вьшол- ненньй в виде прямоугольной пласти

ны из монокристалла такталата лития; поперечная ось симметрии которой параллельна кристаллофизической оси X монокристалла, а продольная ось симметрии наклонена относительно его кристаллофизической оси Z , имеющей на главных гранях тонкопленочное электродное покрытие, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (300-100 кГц) с нулевым ТКЧ, относительная величина угла наклона главных граней пласти- ны к кристаллофизической оси 2 составляет 55-65 , соотношение длины 8 пластины и ее ширины b удовлетворяет условию

1,05 - 1,15 прик 1;

2,3 - 2,9 при к 2;

4,0 - 4,6 при к 3;

5,3 - 5,9 при к 4;

1/Ь

где к - номер моды колебаний пластины,

причем электродное покрытие разделено вдоль продольной оси симметрии пластины на калщой из ее главных граней на две равные части, а противолежащие части электродного покрытия электрически соединены между собой.

2. Монокристаллический элемент резонансного преобразователи, выпол- ненньй в виде прямоугольной пластины из монокристалла танталата лития, поперечная ось симметрии которой параллельна кристаллофизической оси X монокристалла, а продольная ось симметрии наклонена относительно его кристаллофизической оси Z , имеющей на главных гранях тонкопле- ночное электродное покрытие, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (300 - 100 кГц) с нулевым ТКЧ, относительная величина угла наклона главных граней пластины к кристаллофизической оси Z составляет 24-30 , соотношение длины В пластины и ее ши- рины b удовлетворяет условию

Е/Ь

1,05 - 1,15 при к Г, 2, 3 - 2,9 при к 2; 4,0 - 4,6 при к 3, 5,3 - 5,9 при к 4,

где к - номер моды колебаний пластины,

причем электродное покрытие разделено вдоль продольной оси симметрии пластины на каждой из ее главных граней на две равные части, а противолежащие части электродного покрытия электрически соединены между собой.

(01.2}

Фиг. г

Изобретение может быть использовано в злектромеханических преобразователях приборов селекции и стабилизации частоты. Целью изобретения является повышение стабильности генерируемых колебаний на частотах средневолнового диапазона (300-100 кГц) с нулевым ТКЧ. Монокристаллический злемент выполнен в виде прямоугольной пластины из монокристалла тан-- талата лития с тонкопленочным электродным покрытием, разделенным вдоль продольной оси симметрии пластины на каждой из ее главных граней на две равные части Противолежащие части электродного покрытия электрически соединены между собой. Поперечная ось симметрии пластины параллельна кристаллографической оси X монокристалла, а продольная о.сь симметрии наклонена относительно его кристаллофизической оси Z . В первом варианте элемента относительная величина угла наклона главных граней пластины к кристаллографической оси составляет 55-65 при определенном соотношении длины пластины и ее ширины (приведено условие, которому удовлетворяет это соотношение). Во втором варианте элемента относительная величина угла составляет 24-30 при другом соотношении указанных величин. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

йо -го о го 4о ео

nftnepff/nupa

с

1Z3 45 «W

Отношение &/IVHH п/юетины /г ее Фог.У

Составитель В.Кудрявцев Редактор Н.Пушненкова Техред А.Комарницкая Корректор Г.Решетник

Заказ 1110Тираж 624Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.-.«-«---- -------- ----

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4