億金電子專業(yè)生產(chǎn)銷售晶振晶體,陶瓷諧振器,為了更好的服務(wù)廣大用戶,每天更新新聞動態(tài),免費提供技術(shù)資料,讓大家第一時間掌握最新資訊.以下是有關(guān)村田陶瓷諧振器壓電振動模式控制應(yīng)用研究.

壓電振動模式控制及其在無鉛壓電陶瓷中的應(yīng)用研究

壓電陶瓷廣泛用于諧振裝置應(yīng)用,例如信號處理【】濾波器和諧振器,致動器和發(fā)聲器應(yīng)用,其中電信號被轉(zhuǎn)換成機械位移,振動或聲音,以及傳感器應(yīng)用,其中機械沖擊或應(yīng)力被轉(zhuǎn)換成電信號.控制在壓電體內(nèi)部傳播的彈性振動波的行為對于電信號和機械信號的這種轉(zhuǎn)換是重要的.

壓電陶瓷的極化結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)的某些設(shè)計使得能夠獲得以前不可能的獨特特征.本文基于陶瓷雙層技術(shù)的壓電陶瓷極化結(jié)構(gòu)設(shè)計,提出了一種能量俘獲現(xiàn)象(彈性振動集中在電極區(qū)域的現(xiàn)象).

Poling結(jié)構(gòu)設(shè)計對厚度延伸模式的能量俘獲

厚度延伸振動的基本振動模式和奇數(shù)次諧波模式與厚度剪切振動的偶數(shù)次諧波模式耦合.厚度延伸振動的基波模式(TE1模式)與厚度剪切振動(TS2模式)的二階諧波模式耦合.因為TE1模式和TS2模式的共振頻率彼此接近,所以波數(shù)和【】晶振頻率具有這樣的關(guān)系(色散關(guān)系),其中由于材料的彈性特性的不同,它們彼此施加強烈的影響.如果各向同性介質(zhì)中的泊松比小于1/3,則TE1模式的共振頻率將小于TS2模式的共振頻率.

具有熱穩(wěn)定特性的壓電【】陶瓷晶振如鈦酸鉛顯示出這種分散關(guān)系.圖1中的虛線表示形成電極的區(qū)域的頻率變化.另外,在圖1中,縱軸右側(cè)的波數(shù)是實數(shù),左側(cè)的波數(shù)是虛數(shù).波數(shù)的虛數(shù)值意味著不傳播振動波.看一下TE1模式的電極區(qū)域(虛線)和非電極區(qū)域(實線)的色散關(guān)系,沒有電極區(qū)域是實數(shù)的頻率,非電極區(qū)域變成虛數(shù)的頻率數(shù).

圖1 TE1模式(a)和TE2模式(b)中振動波的色散關(guān)系

歸一化頻率由下式給出計算式,并且總諧振器厚度的一半表示為h.實線和虛線分別表示傳播非電極區(qū)域的振動波和傳播電極區(qū)域的振動波的色散關(guān)系.

換句話說,對于TE1模式振動波沒有頻率區(qū)域,其中電極區(qū)域僅傳播,并且非電極區(qū)域不傳播.如圖2所示制造TE1模式諧【】振器,并測量阻抗諧振特性(圖3(a)).這表明通過非電極區(qū)域傳播并在元件端反射的多個波疊加在電極上.

圖2單板TE1模式諧振器的示意圖

橫截面視圖中的箭頭表示壓電陶瓷的極化方向.電極直徑d為1mm,諧振器的總厚度為0.2mm.

另一方面,由于圖4所示的雙層結(jié)構(gòu)而發(fā)生激勵的厚度延伸振動的二次諧波模式(TE2模式)與奇數(shù)階厚度剪切模式耦合,并且它不耦合偶數(shù)階厚度剪切模式.因此,TE2模式的色散關(guān)系不與具有最接近共振頻率的厚度剪切模式TS4模式耦合.結(jié)果,這表現(xiàn)出彈性波與TE2模式的固有色散關(guān)系,即,隨著頻率增加波數(shù)增加的色散關(guān)系.

圖3 TE1模式諧振器(a)和TE2模式諧振器(b)的阻抗諧振特性

圖1(b)顯示了鈦酸鉛壓電陶瓷的TE2模式的色散關(guān)系.在這種情況下,耦合TE2模式和TS3模式.這表明TE2模式的【】村田陶瓷晶振頻率隨著波數(shù)的增加而增加.在TE2模式中,存在電極區(qū)域的波數(shù)是實數(shù)的頻率區(qū)域,并且非電極區(qū)域的波數(shù)是虛數(shù)(箭頭圖1(b)中所示的頻率區(qū)域).

換句話說,振動波僅在該頻率區(qū)域中在電極區(qū)域中傳播.振動波僅在特定區(qū)域中傳播的這種現(xiàn)象稱為能量捕獲現(xiàn)象.TE2模式的阻抗頻率響應(yīng)如圖3(b)所示,這表明獲得了單模諧振的優(yōu)異阻抗諧振特性.

圖4使用雙層結(jié)構(gòu)的TE2模式諧振器的示意圖

橫截面視圖中的箭頭表示壓電陶瓷的極化方向.電極直徑d為1mm,諧振器的總厚度為0.2mm.

用于具有低損耗(高Q值)和高熱穩(wěn)定性的厚度延伸振動模式的【】陶瓷諧振器的開發(fā)已經(jīng)成為問題多年,但是可以通過使用基于極化結(jié)構(gòu)的能量捕獲現(xiàn)象來解決該問題.

1/5