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压电振子参数的原理

日期:2020-08-29 05:28
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摘要:压电振子参数的原理

          机械品质因数Qm和机电耦合系数K是描述压电振子的两个主要参数。Qm表征压电体谐振时,因克服内摩擦而消耗的能量。机电耦合系数K是衡量压电性强弱的重要物理量,设计器件时,它是决定带宽的重要因素。机电耦合系数虽然是无量纲的物理量,但是由于压电振子机械能取决于振子的形状和振动模式,不同的振动模式将有相应的机电耦合系数。压电陶瓷(8mm)和纤锌矿(6mm)的基本耦合系数共有五个,即平面耦合系数Kp、横向耦合系数K31、纵向耦合系数K33、厚度振动机电耦合系数Kt和厚度切变振动机电耦合系数k15等。其它的性能常数也取决于相应的振动模式。下面将仅以圆片厚度伸缩振动模式为例说明测试方法。 

       测试原理 

       在电学短路条件下,自由振动的厚度伸缩模压电振子的频率方程为 

       tgX=X/kt2 (4.5-60) 

       式中,k为厚度伸缩振动机电耦合系数,无单位数;X为归一化频率,无单位数。

       式中,ω为角频率(ω=2πf),rad/s;t为振子厚度,m;VtD为厚向声速,m/s;fsi为基频或泛音频率(i=1,3,5,7),Hz;fp为基波并联谐振频率,Hz。
 
       解(4.5-60)式超越方程可知,通过泛音比fsi/fsl可以确定振子的厚度伸缩振动机电耦合系数kt及其它相关参数。泛音比fsi/fsl与耦合系数kt的对应关系、泛音频率与基波并联谐振频率之比fsi/fp与耦合系数kt的对应关系见GB/T 3389.5-1995。
 
       测量基频和泛音频率后,由计算泛音比fsi/fsl,查表确定耦合系数kt,并计算振子的其它材料参数。对薄圆片振子的厚度伸缩振动来说,试样有限尺寸的影响,主要是径向模高次谐波使厚度伸缩振动模的并联谐振频率模糊不清,虽然厚度伸缩振动模基频和泛音频率也受到干扰,但和其邻近的径向模高次谐波相比,厚度模基频和泛音频率fsi的谐振阻抗zui小,响应zui大,可以用动态传输法测量。




*压电振子参数的原理*

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