Пьезокерамический резонатор Советский патент 1992 года по МПК H03H9/05 

Изобретение относится к пьезотехйике и может быть использовано при проектиро вании частотно-селективных устройств.

Известен пьезокерамический резонатор, состоящий из дискового пьезоэлемента и электродов, имеющий в качестве основных радиальные колебания.

В дисковом пьезоэлементе с радиальными колебаниями нельзя возбудить колебания свыше 1 МГц.

Наиболее близкими к предлагаемому является пьезокерамический резонатор с толщинными колебаниями, содержащий дисковый пьезоэлемент и возбуждающие электроды, распо- ложенные на его рабочих поверхностях.

Однако пьезокерамический резонатор в высокочастотной области не обладает мно гочастотностью.

Целью изобретения является увеличение частотного диапазона и обеспечение многочастотности резонатора.

Дисковый элемент выполнен с толщиной, определенной по формуле

Н

v/44

2fs

сл

С

где V44 - скорость сдвиговой волны 8 ненагруженном резонаторе, м/с;

fc - резонансная частота ненагруженного резонатора, Гц, а толщина возбуждающего электрода удовлетворяет соотношению

2г

vЈ

4fs

. A-r

р

.k

fe

-1).

i

СЛ VI О 00

4

где 2 т- толщина электрода, м;

V44- скорость сдвиговой волны в ненагруженном резонаторе м/с;

fs - резонансная частота ненагруженно- го резонатора, Гц;

рп - плотность пьезоэлемента;

РЗ - плотность электрода, а площадь возбуждающих электродов удовлетворяет соотношению

1 -(-Ј

1 ( и

)2

где Зз - площадь возбуждающего электроН АЬ Л «

да, м

о

- модуль сдвига ненагруженного резонатора;

kis - коэффициент электромеханической связи;

fe - резонансная частота нагруженного резонатора, Гц.

На фиг.1 представлен пьезокерамиче- ский резонатор; на фиг.2 - то же, поляризующий электрод нанесен на боковыетрани пьезоэлемента.

На фиг.1 показ аны дисковый пьезоэле- мент 1, возбуждающие электроды 2 с площадью 5э и толщиной 2 т, вектор 3 поляризации.

Резонатор работает следующим образом.

Пьезокерамический резонатор поляризован по радиусу, а возбуждающие электроды нанесены на перпендикулярных гранях z ± h. При подаче возбуждающего напряжения p - ± p0Qtvi согласно обратному пьезоэффекту пьезокерамический резонатор совершает высокочастотные сдвиговые колебания. Сначала определяются резонансные частоты сдвиговых колебаний по тол- ,щине ненагруженного fg, а потом нагруженного (учитывается масса электродного слоя) fe резонаторов и энергии Vs, Ve. Далее для определения параметров предлагаемого резонатора используется новый принцип квантомеханической аналогии, устанавливая, что feJs.Ve.Vs - граничные частоты и энергии.

Пьезокерамический резонатор дискового типа состоит из дискового пьезоэлемента, поляризующего и нанесенного в перпендикулярном направлении оси поляризации возбуждающего электрода. Толщина пьезоэлемента определяется по известной граничной частоте fs V4Ј

4fs

Поляризующий электрод на1 +R

и зная параметры материала

носится на боковые грани пьезоэлемента при г Rn (фиг.2). После операции поляризации способом выжигания снимается поляризующий электрод. Далее, измеряя частоту нагруженного резонатора fs

пьезоэлемента, возбуждающего электрода, вычисляется толщина электрода

D Г--УЈ1 Ј ( л

21 4fs дГ ( fe 1 )

По амплитудам колебаний As, Ae вычисляются энергии Vs, Ve.

По квантомеханической аналогии устанавливается, что частоты и энергии предлагаемого резонатора образуют частотную и потенциальную ямы соответственно. Из критерия захвата энергии выбирается площадь возбуждающего электрода

Зэ

С44

1 -Й5

Ktipn 1-(-Ј-)2

После чего в плоскости, перпендикулярной направлению вектора поляризации (z ± h), наносятся возбуждающие электроды с площадью 5Э и толщиной 2 т (фиг.1).

Использование предлагаемого резонатора позволяет сократить материал для изготовления пьезоэлементов и электродов, добиться многочастотности резонаторов на высоких частотах.

5

Формула изобретения

Пьезокерамический резонатор, содержащий дисковый пьезоэлемент, поляризованный по радиусу, и возбуждающие электроды, расположенные на его рабочих поверхностях, отличающийся тем, что, с целью увеличения частотного диапазона и обеспечения моночастотности, толщина дискового пьезоэлемента удовлетворяет соотношению

Н ,

где V/и - скорость сдвиговой волны ненагру- женного резонатора, м/с;

fs- резонансная частота ненагруженного резонатора, Гц,

а толщина и площади возбуждающих электродов удовлетворяют соотношениям

r Јl.Lf А-п

Г 8fs Оа fe

Зэ

8fs рэ

сЈ

16f|/0n

1

-ф2

где г- толщина возбуждающего электрода, м;

V44 - скорость сдвиговой волны ненагруженного резонатора, м/с,

См - модуль сдвига ненагруженного резонатора;

fs - резонансная частота ненагруженного резонатора,гЦ;

fe - резонансная частота нагруженного резонатора Гц,

РП - плотность пьезоэлемента;

рэ - плотность электрода,

Зэ - площадь электрода м2.

kis - коэффициент электромеханической связи

Изобретение относится к области пьезо- техники и может быть использовано при простировании частотно-селективных устройств. Сущность изобретения устройство содержит дисковый пьезоэлемент, поляризованный по радиусу, возбуждающие электроды, расположенные на его рабочих поверхностях Толщина дискового пьезоэ- лемента выбираются из приведенного соотношения 2 ил