Circuit équivalent de couplage vibration de l'oscillateur à disque en céramique piézoélectrique

Les résonateurs en céramique piézoélectrique ont une large gamme d'applications dans de nombreux domaines tels que les transducteurs ultrasoniques, les filtres en céramique, les accéléromètres piézoélectriques et les haut-parleurs céramiques. Dans la théorie traditionnelle de l'analyse et des tests des résonateurs en céramique piézoélectrique (y compris la norme internationale de mesure des cristaux piézoélectriques), il est essentiellement supposé que la vibration du vibrateur est unidimensionnelle, donc la géométrie du vibrateur est limitée. C'est comme un disque mince ou une main élancée. Cependant, la géométrie réelle du vibrateur est limitée et sa vibration est une vibration couplée multidimensionnelle, en particulier lorsque la géométrie du vibrateur ne répond pas aux exigences de la théorie unidimensionnelle. La théorie unidimensionnelle ne s'appliquera plus et de nouvelles théories doivent être développées. En ce qui concerne la vibration couplée multidimensionnelle d'un vibrateur piézoélectrique de taille finie, la solution analytique est difficile à dériver. Avec le développement rapide de la technologie informatique numérique et de la technologie informatique électronique, la méthode numérique a été largement utilisée dans l'analyse de vibration couplée du vibrateur, mais la quantité de calcul est importante et le traitement des données et l'analyse des résultats sont encombrants. La méthode du circuit équivalent (comme le circuit équivalent Mason) a été largement utilisée dans la théorie de l'analyse unidimensionnelle des oscillateurs à mode unique. Il présente les avantages d'une signification physique évidente et d'une analyse simple. Basé surtube piézo-marinet les équations de mouvement des oscillateurs en céramique piézoélectrique, la vibration couplée du vibrateur est analysée à la condition de négliger la contrainte de cisaillement et la déformation du vibrateur. Le circuit équivalent et l'équation de fréquence de résonance de la vibration couplée sont obtenus. Par rapport à la méthode numérique, son analyse et son calcul sont assez simples. Par rapport à la théorie unidimensionnelle, toute la théorie n'est pas très compliquée, mais elle peut mieux décrire les caractéristiques de vibration couplées du vibrateur, et les résultats obtenus sont en bon accord avec les valeurs de mesure.

2 Analyse du circuit équivalent du vibrateur piézoélectrique

Disque en céramique piézoélectrique, son rayon et son épaisseur sont respectivement les faces à extrémité supérieure et inférieure. Qui sont recouvertes d'enthalpie électrique, l'épaisseur est axialement deutérée et la tension d'excitation est ajoutée dans la direction de l'épaisseur pendant le fonctionnement. Étant donné que la direction du riz est parallèle à la direction de la tension d'excitation, la vibration du vibrateur est principalement une vibration d'étirement, et le cisaillement peut être ignoré.pipe en céramique piézoet des équations de mouvement sont disponibles. Le coefficient de couplage électromécanique équivalent de la vibration radiale et de la vibration axiale du vibrateur de couplage est le coefficient de couplage électromécanique radial et longitudinal du vibrateur idéal. Lorsque le vibrateur est dans la résonance, l'admission totale a tendance à être infinie. La fréquence résonante de la vibration de couplage de l'oscillateur de disque en céramique piézoélectrique, lorsque le matériau, la taille géométrique et le mode de vibration du vibrateur (la première racine de l'équation ci-dessus est prise à la fréquence fondamentale), le mécanisme mécanique du vibrateur peut être obtenu. Coefficient de couplage et fréquence de résonance, l'équation ci-dessus est une équation transcendantale, et sa solution analytique est difficile à trouver, et la méthode numérique doit être utilisée. Grâce à la solution de l'équation ci-dessus, il peut être vu à partir de la vibration réelle du vibrateur que les deux ensembles de solutions correspondent aux deux modes de vibration du vibrateur de disque vibrant à plaque couplée, le mode vibration de l'axe Lang et la vibration radiale mode, et le vibrateur obtenu les fréquences de résonance radiale et axiale detransducteur en céramique piézoélectriquessont différents de la fréquence de résonance théorique unidimensionnelle du même oscillateur de taille. Le processus de dérivation prend en compte le couplage entre les modes de vibration. De plus, lorsque la taille du vibrateur satisfait à certaines conditions, par exemple, le rayon du vibrateur diffère considérablement de l'épaisseur, et les deux fréquences (imprimer les fréquences de résonance radiale et épaisseur) obtenues par l'équation de fréquence sont bien éloignées, de sorte que les fréquentes et d'épaisseur Le mode de vibration du vibrateur peut être ignoré. Le couplage mutuel entre eux est considéré comme la vibration d'un seul mode. Inversement, si la taille du vibrateur ne satisfait pas aux conditions ci-dessus, les deux fréquences obtenues par l'équation de fréquence sont relativement proches et la vibration du vibrateur est plus compliquée. À l'heure actuelle, la théorie unidimensionnelle ne sera plus applicable et la méthode d'analyse dans cet article doit être utilisée. . En bref, la vibration de tout vibrateur réel est multimode et a plusieurs fréquences de résonance. Cependant, lorsque la taille du vibrateur remplit certaines conditions, elle peut être approximée en mode unique, c'est-à-dire que le vibrateur à mode unique discuté dans la théorie traditionnelle n'est qu'un mode de vibration approximatif d'un vibrateur réel. Dans des circonstances normales, la vibration de tout vibrateur réel est une vibration couplée. De plus, à partir de l'analyse ci-dessus, nous pouvons voir que le mode de vibration unique de l'oscillateur idéal peut être directement dérivé de la théorie de cet article.