Пьезоэлектрический резонатор Советский патент 1982 года по МПК H03H9/00 

.(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР

Изобретение относится к радиотехнике, а именно, к стабилизации и управлению частоты при помощи пьезоэлектрических резонаторов, может использоваться в различных устройствах радиотехники, автоматики, измерительной техники и приборостроения.

. Известно пьезоэлектрическое устройство, содержащее корпус с размещенным в нем пьезоэлементом, тепловую трубку и термопереключатель 1.

Недостатком этого устройства является невозможность плавного изменения регулируемой частоты в широком диапазоне с неизмененной стабильностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является акустическое устройство, содержащее две герметичные камеры, заполненные газовой смесью с низким удельным волновым сопротивлением, одна из которыхзакреплена на дополнительном пьезо- . элементе, соединенном через биметал.лическую пластину со стаканом, а другая - на ферромагнитной мембране, под которой в защитном кожухе размещается соленоид, соединенный с источником управляющего сигнала, причем пьезозлементы закреплены ов герметичных камерах и выполнены в виде вогнутых

.дисков, обращенных друг к другу вогнутьми поверхностями, а герметичные камеры, стакан и защитный кожух снабжены эластичными мембранами

Недостатком этого устройства является то, что пьезоэлементы в виде вогнутых дисков постоянной толщины имеют низкую добротность колебаний в силу того, что амплитуда колебаний

10 по диаметру имеет величину, сравнимую с амплитудой колебаний в центре пьеэозлементов и в.местах закреплений возникают значительные потери энергии пьезоэлем нтами, которые на

15 один-два порядка превышают потери в жидкости. Это Приводит к значительному снижению добротности колебаний системы.

Цель изобретения - повышение доб20ротности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом резонаторе, содержащем размещенные в корпусе три пьезоэлемента и две герметичные ка25меры, одна из которых закреплена на одном пьеэоэлементе, соединенном че- рез биметаллическую пластину со стаканом, а другая - на ферромагнитной мембране, под которой в защитном ко30жvxe размещен соленоид, соединенный с источником управляющего сигнала, второй и третий пьезоэлементы закреп лены в герметичных камерах и обращены друг к другу вогнутыми поверхностями, а герметичные камеры, стакан и защитный кожух снабжены эластичными мембранами, второй и третий {пьезоэлементы вьшЬлнены в виде линз t различной кривизной вогнутой и выпуклой поверхностей, радиусы кривизны которых выбраны из соотношения -,. ч 1 где V, V2 - скорость звука в материале линзы и в среде между ними соответствен но; -h - толщина линзы в центре; 2Е - расстояние между линзами в центре. Если параметры линз рассчитать по полученной формуле, то радиусы каустик в пьезоэлементах и жидкости становятся равными, потери системы зна-чительно уменьшаются. На чертеже изображен пьезоэлектри ческий резонатор, общий вид. Резонатор содержит два пьезоэлемента 1 и 2, выполненные в виде вогнуто-выпуклых линз с радиусами кривизны различной величины,, резонансную камеру 3, третий пьезоэлемент 4, соленоид 5, ферромагнитную мембрану б, эластичные мембраны 7-10, биметал лическую пластину И, герметичные камеры Г2 и 13, заполненные газовой смесью снизким удельным волновым со противлением, защитный кожух 14, ста кан 15, корпус 16. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на электроды пьезоэлементов 1 и 2 в резонансной камере 3 устанавливаются ультразвуковые стоячие волны с частотой, определяемой собственными частотами .этих пьезоэлементов, и расстоянием между ними. При уменьшении расстояния между пьезоэлементами 1 и 2 длина ультразвуковой стоячей волны уменьшается, а при увеличении расстояния длина .ультразвуковой стоячей волны в резонансной камере 3 уведичивается, в результате чего можно пе рестраивать собственную частоту пьезоэлектрического резонатора. При подаче управляющего напряжения на электроды пьезоэлемента 4 он вместе с герметичной камерой 12 начи нает колебаться с соответствии с управляющим напряжением Ц, что позволяет осуществлять частотную модуля цию резонансной частоты устройства, так как из-за этих колебаний меня ется расстояние между пьезоэлементами 1 и 2. При подаче управляющего на .пряжения пьезоэлемент 4 позволяет Ъсуществлять высокочастотную модуляцию сигнала. Низкочастотная модуляция осуществляется при подаче управляющего напряжения Ua на соленоид 5, под деист- , вием которого ферромагнитная мембрана б колеблется вместе с герметичной камерой 13, что приводит к изменению расстояния пьезоэлементами 1 и 2. Эластичные мембраны 7 и 10 выравнивают давление в равных объемах, что исключает деформацию пьезоэлементов Д и 2 от изменения давления внутри резонансной камеры 3 и, как следствие этого, приводит к стабилизации работы всего устройства. Биметаллическая пластина 11 в зависимости от температуры окружаквдей среды перемещает пьезоэлемент 2 отно сительно пьезоэлемента 1, компенсируя температурный коэффициент скорости ультразвука среды в резонансной камере 3. Резонансная камера 3 может быть заполнена как газом, так и жидкостью, при этом использован.ие в резонансной камере в качестве жидкостной среды термокомпенсирующей жидкости позволяет не учитывать погрешность ухода резонансной частоты от температуры. Предлагаемое акустическое устройство с пьезоэлементами из выпукло-вогнутых линз позволяет по сравнению с известными повысить на порядок добротность акустических колебаний в системе, довести значение добротности до ЗЮ, что особенно важно для частот близких к резонансным частотам пьезоэлементов. Формула изобретения Пьезоэлектрический рез.онатор, содержащий размещенные в корпусе три пьезоэлемента и две герметичные камеры, одна из которых закреплена на одном пьезоэлементе, соединенном черёз биметаллическую пластину со стаканом, а другая - на ферромагнитной мембране, под которой в защитном кожухе размещен соленоид, соединенный с источником управляющего сигнала, второй и третий пьезоэлементы закреплены в герметичных камерах и обращены один к другому вогнутыми поверхностями, а герметичные камеры, стакан и защитный кожух снабжены эластичными мембранами, отличающ, и и ( я тем, что, с целью повышения добротности, второй и третий пьезоэлементы выполнены в виде линз с различной кривизной вогнутой и -выпуклой поверхностей, радиусы кривизны которых выбраны из соотношения :I.M.JL(M i е V2/ где V , Vj h Ze 35ХЕГЦП й

в

15

. 5 9802506 . скорости звука в мате-, Источники информации, риале линзы и. в средепринятые во внимание при экспертизе между ними соответствен-1. Авторское свидетельство СССР но; 545069, кл. Н 03 Н 9/18, 1975, толщина линзы в центре;2. Авторское свидетельство СССР расстояние между линза-5 696593, кл. Н 03 Н 9/00, 1978 (проми в центре. .тотип).