Circuito equivalente de acoplamiento de vibración piezoeléctrico de disco de cerámica oscilador

Los resonadores cerámicos piezoeléctricos tienen una amplia gama de aplicaciones en muchos campos, como transductores ultrasónicos, filtros de cerámica, acelerómetros piezoeléctricos y altavoces de cerámica. En el análisis tradicional y la teoría de la prueba de los resonadores de cerámica piezoeléctricos (incluida la norma internacional de medición de cristal piezoeléctrico, se supone que la vibración del vibrador es unidimensional, por lo que la geometría del vibrador es limitada. Es como un disco delgado o una mano delgada. Sin embargo, la geometría real del vibrador es limitada, y su vibración es una vibración acoplada multidimensional, especialmente cuando la geometría del vibrador no cumple con los requisitos de la teoría unidimensional. La teoría unidimensional ya no se aplicará y se deben desarrollar nuevas teorías. Con respecto a la vibración acoplada multidimensional de un vibrador piezoeléctrico de tamaño finito, la solución analítica es difícil de derivar. Con el rápido desarrollo de la tecnología de computación numérica y la tecnología informática electrónica, el método numérico se ha utilizado ampliamente en el análisis de vibraciones acoplados del vibrador, pero la cantidad de cálculo es grande, y el análisis de procesamiento y resultado de datos es incómodo. El método de circuito equivalente (como el circuito equivalente de albañil) se ha utilizado ampliamente en la teoría de análisis unidimensionales de los osciladores de un solo modo. Tiene las ventajas del significado físico obvio y el análisis simple. Basado en eltubo piezoico bajo el aguay las ecuaciones de movimiento de los osciladores cerámicos piezoeléctricos, la vibración acoplada del vibrador se analiza bajo la condición de descuidar el estrés de corte y la cepa del vibrador. Se obtienen el circuito equivalente y la ecuación de frecuencia de resonancia de la vibración acoplada. En comparación con el método numérico, su análisis y cálculo son bastante simples. En comparación con la teoría unidimensional, toda la teoría no es muy complicada, pero puede describir mejor las características de vibración acopladas del vibrador, y los resultados obtenidos están en buen acuerdo con los valores de medición.

2 Análisis del circuito equivalente de vibrador piezoeléctrico.

El disco cerámico piezoeléctrico, su radio y su grosor son respectivamente las caras de extremo superior e inferior. Lo que se cubren con entalpía eléctrica, el grosor se desenrolla axialmente y se agrega la tensión de excitación en la dirección del grosor durante la operación. Dado que la dirección del arroz es paralela a la dirección de la tensión de excitación, la vibración del vibrador es principalmente una vibración de estiramiento, y se puede ignorar la cizalla. En el caso de la vibración axisimétrica, las siguientes formas dePIEZA DE CERAMICO PIEZOy las ecuaciones de movimiento están disponibles. El coeficiente de acoplamiento electromecánico equivalente de la vibración radial y la vibración axial del vibrador de acoplamiento es el coeficiente de acoplamiento electromecánico radial y longitudinal del vibrador ideal. Cuando el vibrador está en la resonancia, la admisión total tiende a ser infinita. La frecuencia resonante de la vibración de acoplamiento del oscilador de disco cerámico piezoeléctrico, cuando el material, el tamaño geométrico y el modo de vibración del vibrador (la primera raíz de la ecuación anterior se toma a la frecuencia fundamental), se puede obtener el mecanismo mecánico del vibrador. El coeficiente de acoplamiento y la frecuencia de resonancia, la ecuación anterior es una ecuación trascendental, y su solución analítica es difícil de encontrar, y se debe utilizar el método numérico. A través de la solución de la ecuación anterior, se puede ver desde la vibración real del vibrador que los dos conjuntos de soluciones corresponden a los dos modos de vibración del vibrador de disco de vibración de placa acoplada, el modo de vibración del eje lang y la vibración radial. Modo, y el vibrador obtenido las frecuencias radiales y axiales de resonancia deTransductor de cerámica piezoeléctricosson diferentes de la frecuencia de resonancia teórica unidimensional del oscilador del mismo tamaño. El proceso de derivación tiene en cuenta el acoplamiento entre los modos de vibración. Además, cuando el tamaño del vibrador satisface ciertas condiciones, por ejemplo, el radio del vibrador difiere en gran medida del grosor, y las dos frecuencias (frecuencias resonantes de impresión radial y grosor) obtenidas por la ecuación de frecuencia están muy separadas, por lo que el El modo de vibración del vibrador se puede ignorar. El acoplamiento mutuo entre ellos se considera la vibración de un solo modo. A la inversa, si el tamaño del vibrador no satisface las condiciones anteriores, las dos frecuencias obtenidas por la ecuación de frecuencia están relativamente cerca, y la vibración del vibrador es más complicada. En este momento, la teoría unidimensional ya no será aplicable, y el método de análisis en este documento debe ser utilizado. . En resumen, la vibración de cualquier vibrador real es multi-modo y tiene múltiples frecuencias resonantes. Sin embargo, cuando el tamaño del vibrador cumple con ciertas condiciones, se puede aproximar como un solo modo, es decir, el vibrador de un solo modo que se analiza en la teoría tradicional es solo un modo de vibración aproximado de un vibrador real. En circunstancias normales, la vibración de cualquier vibrador real es una vibración acoplada. Además, desde el análisis anterior, podemos ver que el modo de vibración único del oscilador ideal puede derivarse directamente de la teoría de este documento.