Circuito equivalente de vibração de acoplamento do oscilador de disco cerâmico piezoelétrico

Os ressonadores de cerâmica piezoelétricos têm uma ampla gama de aplicações em muitos campos, como transdutores ultra-sônicos, filtros cerâmicos, acelerômetros piezoelétricos e alto-falantes cerâmicos. Na tradicional análise e teoria de testes dos ressonadores cerâmicos piezoelétricos (incluindo o padrão de medição de cristal piezoelétrico internacional), é basicamente assumido que a vibração do vibrador é unidimensional, então a geometria do vibrador é limitada. É como um disco fino ou uma mão esbelta. No entanto, a geometria do vibrador real é limitada, e sua vibração é vibração juntamente multidimensional, especialmente quando a geometria do vibrador não atende aos requisitos da teoria unidimensional. A teoria unidimensional não será mais aplicada e novas teorias devem ser desenvolvidas. No que diz respeito à vibração acoplada multidimensional de um vibrador piezoelétrico de tamanho finito, a solução analítica é difícil de derivar. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de computação numérica e tecnologia eletrônica, o método numérico tem sido amplamente utilizado na análise de vibração acoplada do vibrador, mas o valor do cálculo é grande, e a análise de processamento de dados e resultados são incômoda. O método de circuito equivalente (como o circuito equivalente do pedreiro) tem sido amplamente utilizado na teoria de análise unidimensional de osciladores de modo único. Tem as vantagens de significado físico óbvio e análise simples. Com base noTubo de piezo subaquáticoE equações de movimento de osciladores cerâmicos piezoelétricos, a vibração acoplada do vibrador é analisada sob a condição de negligenciar o estresse de cisalhamento e a estirpe do vibrador. O circuito equivalente e a equação de frequência ressonante da vibração acoplada são obtidas. Em comparação com o método numérico, sua análise e cálculo são bastante simples. Em comparação com a teoria unidimensional, toda a teoria não é muito complicada, mas pode descrever melhor as características de vibração acopladas do vibrador, e os resultados obtidos estão em boa concordância com os valores de medição.

2 Análise de circuito equivalente de vibrador piezoelétrico

O disco cerâmico piezoelétrico, seu raio e espessura são, respectivamente, as faces finais superiores e inferiores. Que são cobertas com entalpia elétrica, a espessura é axialmente desinterada, e a tensão de excitação é adicionada na direção da espessura durante a operação. Como a direção do arroz é paralela à direção da tensão de excitação, a vibração do vibrador é principalmente uma vibração de alongamento, e a cisalhamento pode ser ignorada. No caso da vibração axisimétrica, as seguintes formas dePiebo de cerâmica piezo.e equações de movimento estão disponíveis. O coeficiente de acoplamento eletromecânico equivalente da vibração radial e a vibração axial do vibrador de acoplamento é o coeficiente de acoplamento eletromecânico radial e longitudinal do vibrador ideal. Quando o vibrador está na ressonância, a admissão total tende a ser infinita. A frequência ressonante da vibração do acoplamento do oscilador de disco cerâmico piezoelétrico, quando o material, tamanho geométrico e modo de vibração do vibrador (a primeira raiz da equação acima é tomada na frequência fundamental), o mecanismo mecânico do vibrador pode ser obtido. Coeficiente de acoplamento e frequência de ressonância, a equação acima é uma equação transcendental, e sua solução analítica é difícil de encontrar, e o método numérico deve ser usado. Através da solução da equação acima, pode ser visto a partir da vibração real do vibrador que os dois conjuntos de soluções correspondem aos dois modos de vibração do vibrador de disco vibratório de placa acoplado, o modo de vibração do eixo lang e a vibração radial modo e o vibrador obtido as freqüências de ressonância radial e axial deTransdutor cerâmico piezoelétricossão diferentes da frequência de ressonância teórica unidimensional do mesmo oscilador de tamanho. O processo de derivação leva em conta o acoplamento entre os modos de vibração. Além disso, quando o tamanho do vibrador satisfaz certas condições, por exemplo, o raio do vibrador difere muito da espessura, e as duas freqüências (freqüências de ressonância radial e espessura) obtidas pela equação de frequência estão distantes, O modo de vibração do vibrador pode ser ignorado. O acoplamento mútuo entre eles é considerado a vibração de um único modo. Por outro lado, se o tamanho do vibrador não satisfizer as condições acima, as duas freqüências obtidas pela equação de frequência são relativamente próximas, e a vibração do vibrador é mais complicada. Neste momento, a teoria unidimensional não será mais aplicável, e o método de análise neste artigo deve ser utilizado. . Em suma, a vibração de qualquer vibrador real é multi-modo e tem várias frequências ressonantes. No entanto, quando o tamanho do vibrador atende a certas condições, ele pode ser aproximado como um único modo, ou seja, o vibrador de modo único discutido na teoria tradicional é apenas um modo de vibração aproximado de um vibrador real. Em circunstâncias normais, a vibração de qualquer vibrador real é uma vibração acoplada. Além disso, a partir da análise acima, podemos ver que o modo de vibração único do oscilador ideal pode ser diretamente derivado da teoria deste artigo.