CN109477816A - 在流体中操作的优化的机械共振器 - Google Patents

在流体中操作的优化的机械共振器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种共振器，其包括叉齿，叉齿的边缘之间的宽度(Wb')接近λ/2。然后，一个边缘上的压力变化与另一边缘上的压力变化相位相反。因此，改善了具有所述波长的入射波的声耦合。选择边缘之间的宽度与叉齿的高度之间的比，使得仅存在用于叉齿的弯曲振动的基本模式。本发明涉及嵌入到实心共享基部中的音叉的叉齿，同时避免支承件中的能量损失，其中，实心共享底部被优化以包含音叉中的能量。最后，音叉有利地与包括刚性反射屏的、用于容纳声学能量的装置组合。

Description

在流体中操作的优化的机械共振器
技术领域
本发明的技术领域是机械共振器，该机械共振器旨在集成到测量仪器中，具体地，集成到检测大气中化学元素的存在并测量它们的浓度的仪器中。
背景技术
共振器是仪器的敏感元件。共振的频率、稳定性和品质与共振器的尺寸、几何形状、组成材料和环境有关。共振是通过外部手段维持的。
共振器的品质因数被限定为以动能和变形势能的形式存储在共振器中的能量与在一个振荡周期期间损失的能量之间的比。
最著名的机械共振器中的一个是在制表业中使用的石英音叉。共振通过调谐电子电路维持，但是音叉的两个叉齿的机械共振的质量确保了共振频率的稳定性和纯度。
由于该共振器被封装在已经产生真空的壳体中，因此能量基本上损失于固定支承件上。
图1示出了在厚度T＝0.2mm的石英板中形成的示例性钟表共振器。音叉由两个相同的平行的平行六面体叉齿1形成，两个叉齿1在其一端处与固定至支承件的共享部分2成一体。因此，音叉相对于中心平面π对称。叉齿在板的平面中的尺寸为：长度Lb＝3.8mm且宽度Wb＝0.6mm。
为了便于加工，叉齿之间的狭槽的宽度Ws为0.2mm，换句话说，狭槽的宽度Ws等于板的厚度T。
叉齿的长细比被限定为其长度Lb与其宽度Wb之间的比。因此，在示出的例子中，长细比约为6.3。
在钟表音叉的机械共振频率(32.768kHz)下，两个叉齿通过在板的平面内弯曲而相位相反地振动。长细比足够大，使得机械应力基本上是在叉齿的长度上交叉分布的膨胀应力和压缩应力，但是机械应力在其快速衰减的共享部分中很少存在，这减少了当附接至基部的区域与叉齿嵌入区域相距一定距离时的能量损失。因此，这种共振器的品质因数通常约为80000。
调谐的外部电子电路通过以适当和已知的方式布置在叉齿上的电极来保持共振。
这些共振器的受控实施和低生产成本促进了它们在除了钟表之外的技术领域中的使用，诸如，在计量领域中使用。
这种类型的共振器被用于测量物理量的应用中：由电极检测例如由加速或旋转引起的叉齿变形，除了它们的激励共振模式(称为驱动模式)的功能之外，还可通过改变相关物理值而具有检测共振模式(称为检测器模式)的功能(FR2954489)。
这些共振器还可以在存在流体的情况下使用，例如，流体通常为诸如地球大气的气体或气体混合物。
流体的存在改变了共振器中的能量损失。除了固定支承件中的损失之外，还出现与叉齿和流体的粘性摩擦有关以及与由叉齿的运动而产生的流体的压力变化相关的声耦合有关的损失。
本领域的现有技术包括用于标题为“石英增强光声光谱学(A.A.Kosterev等人，OPTICS LETTERS/27期，第21号/2002年11月1日)”的文章中介绍的称为石英增强光声光谱学(QEPAS)的测量技术的钟表调谐叉的使用。
声波是保持音叉共振的外部介质。如果温度和压力P恒定，则波在给定流体中以恒定速度c行进。在压力和温度的正常条件下的地球大气中，声速约为340米/秒。
最后，声音的波长λ与其频率f和传播速度c之间的关系通过以下关系式给出：λ＝c/f(R)。
该文章的作者指出，钟表音叉非常容易实现(采购，成本)，但是它的设计可能没有针对光声波的检测进行优化。他们建议专门为此目的设计的共振器应该改善设备的灵敏度，但是并未给出进一步的说明(文章的最后一栏的中间段)。
由于这种共振器的大部分能量损失等于支承件中的损失、由于粘性摩擦引起的损失以及由于声耦合引起的损失的总和，因此最小化这些损失中的每一种是有意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种共振器，其中由于粘性摩擦引起的损失和支承件中的损失被最小化，但是在这种情况下促进了声学损失，并且因此将该共振器与能够恢复其声学损失的介质相关联，该整体构成具有低损失(包括声学)的优化设备，从而具有高品质因数。
本发明涉及一种共振器，该共振器包括长度为Lb且宽度为Wb的叉齿，该叉齿在厚度为T的平板中产生，该叉齿在其一端和/或另一端处与固定至支承件的实心部分集成在一起。
该叉齿具有共振模式，其以频率f在板的平面中弯曲。如上文引用的文章中所述，在存在源自外部能量源的声波(例如，在通过流体时被部分吸收的、以频率f调制的激光束)的情况下激励该共振模式。靠近光束，从激光到流体的能量转移在激光的调制频率f下发生，从而产生波长为λ的声波。
众所周知，在关系式(R)中，速度c在频率为f的声波和压力为P(压力大于10Pa)的流体的情况下变化很小。类似地，速度c随着常见温度下(即在-10℃和+40℃之间)的温度变化相对较小：如果假定理想气体，则c是绝对温度的平方根。
因此，可以设计一种共振器，该共振器在许多使用条件下具有高灵敏度，同时具有确定的尺寸、几何形状和组成材料。
因此，根据本发明的共振器是专门设计为用于促进与入射声波耦合并且待集成到测量仪器中的机械共振器，具体地，集成到检测可以为地球大气的流体中的可吸收化学元素的存在的仪器中。
当激励共振模式时，共振器的存在对在共振器周围的整个空间中传播的声波具有相对小的干扰。因此，声波不仅在朝向能量源的叉齿面或叉齿的内边缘上相互作用，而且还在叉齿的相对面或外边缘上相互作用。
在本说明书的上下文中，边缘被理解为表示与板的平面垂直的、沿着共振器的厚度的面，这意味着边缘的面尺寸中的一个在板的厚度方向上延伸。
如果能量源位于板的平面中，但是在与其长度Lb垂直相交的轴线上与叉齿间隔，则当声波作用在叉齿的边缘上时，声波被认为是平坦的。如果叉齿的两个边缘之间的距离Wb等于λ/2，则叉齿的内边缘上的压力变化将与叉齿的外边缘上的压力变化相位相反，从而导致声波对叉齿施加的力的协同作用。声波的周期性导致λ/2+n·λ的理论优化值，n为正整数或零。
叉齿的宽度Wb的这种条件对于获得本发明的共振器是必要的。
如果能量源不是远场，则叉齿边缘上的压力变化之间的相位差可在π附近变化。这使得限定宽度Wb的值的范围，该宽度Wb包括在λ/4+nλ与3λ/4+nλ之间，n为正整数或零，其中，声波对叉齿边缘施加的力的协同作用较小但仍然存在。
根据本发明的共振器可具有其他改进以改善其性能。
因此，在一个实施方式中，叉齿的长度使得仅通过弯曲的基本共振模式是可能的，这限制了其长细比。
对于两端均被嵌入的叉齿，长细比包括在2与5之间，并且对于在其一端被嵌入的叉齿，长细比在1.2与3.6之间。
长细比要求不取决于叉齿的绝对尺寸，这意味着无论Lb的值如何，该要求都适用。另一方面，长细比要求取决于叉齿的组成材料和周围的流体。
这种叉齿构造减少了由于叉齿与流体的粘性摩擦而引起的能量损失。
优选地，本发明的共振器是具有两个平行的相邻叉齿的音叉，两个叉齿在它们的一端处嵌入共享部分中。众所周知，音叉通过减少进入支承件的能量损失而允许更好的能量容纳。
虽然在包括长细比约为6.3的两个叉齿的钟表音叉中，应力是基本上沿着叉齿的长度分布的交替膨胀应力和压缩应力，并且应力几乎不存在于应力快速衰减的共享部分中的嵌入处，但是当音叉包括在诸如空气的流体中振动并且具有约2.3的长细比的叉齿时，情况并非如此。
在音叉的机械共振频率下，两个叉齿通过在板的平面内相位相反地弯曲而振动，但由于它们的长细比低，因此机械应力是在共享部分的嵌入处交替的膨胀应力/压缩应力和剪切应力。
根据本发明，修改与共振器的叉齿的长细比相关的应力导致限定共享部分的特定构造，这使得可以减少介质中的损失。
该实心共享部分具有矩形平行六面体的形状，其长度大于叉齿宽度的两倍并且其高度大于叉齿的长度。实心被理解为体积大且非空心。在该平行六面体的两侧布置有两个等腰梯形，该等腰梯形的大基部的长度等于共享部分的长度。两个等腰梯形中的一个的小基部支承叉齿，音叉叉齿的外边缘与该基部的端部重合。另一个等腰梯形的较小的基部支承将共振器连接至其支承件的中间连接构件。该第二小基部的长度比平行六面体的长度小得多，并且大约是叉齿宽度的一半或三分之一，共享部分的表面积大约是两个叉齿的表面积的三倍。因此，共享部分的质量约为两个叉齿的质量的三倍，这意味着共享部分的质量包括在两个叉齿的质量的2倍至4倍之间，或者包括在2.5至3.5倍之间。
因此，与钟表共振器的能量损失相比，减少了于支承件的能量损失。
在如本发明所设想的操作中，优化的共振器由外部能量源激发。因此，电极仅具有检测功能。
如已经描述的，除了叉齿中的弯曲应力之外，根据本发明的共振器的叉齿的长细比引起共享部分上的嵌入区域中的剪切应力。
电极的特定构造适于通过压电效应改善共振器的振动的检测。
电极具有两个极性并且以导电垫的形式覆盖除了电极间绝缘区域之外的两个叉齿的整个表面以及共享部分的整个表面。
电极的构造的特征在于其涉及叉齿和共享部分。优选地，与板平面平行的同一面的电极包括：
-Y形的中央电极，其具有两个对称臂，两个对称臂沿着两个叉齿的彼此面对的内边缘面延伸，并且该中央电极具有连接中间连接构件的中心点的尾部，
-两个对称的外部电极，外部电极各自覆盖与板的平面平行的面的作为共享部分的一部分的部分的至少25％，外部电极各自位于与该共享部分相对的横向区域中，并且外部电极各自连接中间连接构件的相应的外部点，以及
-两个对称的中间电极，其各自具有沿着叉齿中的一个的外边缘面延伸的臂、围绕与中间连接构件相对的外部电极中的一个的端部的返回部分、以及连接中间连接构件的相应中间点的尾部，该中间点在中心点与外部点中的一个之间。
可以通过将差分电荷放大器连接至电极来检测音叉的振动，以生成表示振动幅度的电压。
除了根据本发明的共振器的特定构造之外，最终的改进涉及恢复由于共振器与其环境之间的声耦合而损失的能量。
因此，本发明还涉及一种设备，该设备包括根据本发明的机械共振器和布置在共振器附近并且反射由共振器发出的声能的声学容纳装置。
该装置是共振声腔，其特征在于：
-其声共振的固有频率等于音叉的机械共振的固有频率。
-处于声共振的固有频率的声共振模式具有节点和波腹，使得共振器的两个内边缘中的每个位于中心波腹处，并且外边缘中的每个位于与中心波腹相位相反的波腹内。
-为了最大化声学品质因数，腔壁的材料必须是刚性的。
因此，根据本发明的机械共振器非常好地耦合至声学模式，因为其尺寸与声学波长兼容，并且因此与压力模式的空间分布兼容。
附图说明
图1示出了现有技术的共振器：钟表音叉。
图2A示出了在图1的共振器的宽度Wb的叉齿的两个边缘之间存在的压力变化ΔP。
图2B示出了根据本发明的共振器的宽度Wb'的叉齿的两个边缘之间存在的压力变化ΔP。
图3A示出了根据本发明的音叉，其包括宽度Wb'的两个叉齿。
图3B示出了根据本发明的用于检测优化的音叉的电极的优化构造。
图4A示出了配备有声学容纳装置的音叉的原理，其中固定压力波以1D示出。
图4B和图4C示出了声学容纳装置的可能形状中的一个，即从前部和从上方观察的圆柱形腔。
具体实施方式
本发明的基本思想是在共振器的使用条件(形状、物体的组成材料的性质、振动模式和流体的性质)中限定具有高声学耦合的简单物体。
所选择的物体是构成现有技术的音叉叉齿的类型的具有长度Lb'、宽度Wb'和厚度T'的改进的平行六面体叉齿。其由刚性材料制成，例如石英或硅。叉齿的共振振动是在由其长度和宽度限定的平面中的弯曲振动。振动模式是基本模式，并且可选地，振动模式是谐波模式。流体是气体或气体混合物，诸如氧气、氮气、二氧化碳、一氧化碳、氢气、氦气。
由叉齿的长度Lb'和厚度T'限定的两个面被称为边缘。
在本发明的使用条件下共振的叉齿的能量损失有三种类型：声学损失、粘性损失和进入支承件的损失，如果我们忽略热弹性损失，后一种类型的损失基本上是在真空中封装的时钟共振器中遇到的唯一损失(Frederick Lochon，Isabelle Dufour，DominiqueRebiere，“A microcantilever chemical sensors optimization by taking intoaccount losses(考虑到损失的微悬臂化学传感器优化)。”传感器和致动器B：化学，爱思唯尔(Elsevier)，2006，118，第292-296页)。
品质因数是用于表示共振器损失的影响的便利手段。共振器的品质因数被限定为以动能和变形势能的形式存储在共振器中的能量与在振荡周期期间损失的能量之间的比。
共振器的整体品质因数Qg由下式限定：
1/Qg＝1/Qa+1/Qv+1/Qs
其中，Qa＝声学品质因数，Qv＝粘性品质因数，Qs＝支承件品质因数。
该公式强调最低的品质因数降低了整体的品质因数，当品质因数相等且尽可能高时，实现最佳配置。
与该方法相反，本发明旨在限定叉齿的尺寸，以增加其与周围流体的声学耦合。因此，声学损失是显着的，这违背了现有技术的教导。
本发明的特征尺寸是叉齿的宽度Wb'。在现有技术中，叉齿的宽度与在叉齿的共振频率f下发射的波的波长之间没有关系。
在图2中，横坐标为波长，纵坐标为压力。在这些图中，以灰色示出的叉齿的宽度Wb或Wb'在叉齿的共振频率f处叠加在正弦声波上。为了便于理解，所表示的声波是平坦的。如果波来自外部源，则该源远离叉齿并且在其弯曲振动平面内。如果声波是由运动中的叉齿产生的，则忽略其运动。
在图2A中示出的一般情况下，叉齿的边缘之间的压力变化ΔP相对于其宽度是小的。相反，在本发明的情况下，如图2B中所示，由于每个边缘上的压力变化是相位相反的，所以使得叉齿的边缘之间的压力变化ΔP'最大化，其中，叉齿的边缘以与波长的一半相等的距离间隔开。
在外部源的情况下，入射波在边缘上产生与施加到另一边缘的力幅度相等且符号相反的力，这导致两个力以最佳方式相加以激发叉齿的弯曲振动模式。
通常，声波不是平坦的，并且不可能在叉齿的两个边缘的表面上获得相位相反的力。在这些条件下，宽度Wb在λ/4+ηλ与3λ/4+ηλ之间，n是正整数或零。
这些尺寸也适用于叉齿产生声波的情况。如此限定的宽度尺寸增加了叉齿与周围流体的声学耦合。
此外，通过限制其他两种类型的能量损失(粘性损失和进入支承件的损失)改善了根据本发明的共振器的性能。
为了限制本发明的优化叉齿共振器的粘性损失，叉齿的长度Lb'是重要的参数，因为其决定共振频率。基本弯曲模式使得可以获得最佳品质因数中的一个。
对于嵌入式叉齿，长细比随着组成材料和周围流体而变化。
如图3A中所示，对于空气、氦气、氢气、氧气和二氧化碳中的石英和硅，一端嵌入的叉齿的优化长细比如下表所示：
CO<sub>2</sub> O<sub>2</sub> 空气 He H<sub>2</sub>
石英 2.6 2.4 2.3 1.4 1.2
硅 3.2 2.9 2.8 1.7 1.45
叉齿的厚度T'约为叉齿的宽度Wb'的四分之一。
对于两端均嵌入的叉齿，取决于材料和流体的性质，长细比在2到5之间。
为了限制进入支承件的损失，已知单个叉齿的性能不如音叉的性能好。因此，已经分析了后一种类型的共振器以用于本发明的上下文中。
根据本发明的叉齿的低长细比改变了固定至支承件的共享部分上的嵌入区域处的应力的性质。
具体地，嵌入区域中存在高剪切应力。
这导致本发明的音叉的特定构造，如图3A中所示，这显着地增加了共享部分对共振器的振动以及对所述振动的检测的贡献。
对于该实施方式，频率为42500Hz，在常压条件下，空气中的波长为8mm，所使用的材料为尺寸为L'＝23.75mm(即2.97λ)、W'＝13.8mm(即1.72λ)以及厚度T'＝1mm(即λ/8)的机加工平板形式的石英。
板的平面与石英的晶体XY平面大致平行，并且臂1'的纵向轴线与石英的晶体X轴大致平行(与图1A中示出的钟表音叉不同，其中臂与石英的晶体Y轴大致平行)。音叉100关于与板平面垂直的平面π对称。
音叉100由两个相同且基本上平行六面体的臂1'形成，臂1'的长度Lb'＝6.8mm(即0.85λ)、宽度Wb'＝4mm(即0.5λ)，臂1'各自在一端处与共享部分2'成一体，共享部分2'包括由虚线界定的四个区域21、22、23、24。
共享部分2'在与集成有两个臂的区域21相对的区域24处与安装臂3成一体。
臂1'与共享部分2'的主要部分22之间的连接区域21具有等腰梯形形状，其中面向外的边缘211将臂的外边缘连接至主要共享部分22的边缘，其中，角度A的倾斜度相对于X轴大致等于120°(在通过化学加工生产音叉的情况下，这防止了在所述边缘上形成倾斜小平面)。该梯形的高度约为1.4毫米。
类似地，连接共享部分2'的区域22和24的区域23相对于石英的晶体X轴具有120°的角度。该梯形的高度约为3.5毫米。
音叉100在安装臂3的表面31(用阴影线表示)处例如通过粘合固定至壳体底部B(未示出)。
板的厚度T'和狭槽Ws'的宽度大致等于1mm，即λ/8。通常，厚度T'和距离W'接近，意味着距离Ws'可包括在板的厚度T'的0.5倍与2倍之间。
共享部分2'在将臂连接至矩形形状的区域22的连接区域21处与两个臂成一体，并且其与平面π垂直的尺寸W'大于包含两个臂的宽度(2Wb'+Ws')：W'为(2Wb'+Ws')的大致1.5倍。此外，区域22的平行于X轴获取的尺寸L22大致为共享部分2'的长度Lc'的一半。例如，Lc'为15.45mm，即1.93λ，并且L22为7.6mm，即0.95λ。
区域24的宽度W24远小于W'：W24大致等于1.6mm，即λ/5。
在这些条件下，共享部分2'的表面积约为两个臂1'的总表面积2×Lb'×Wb'的三倍。因此，与钟表音叉的情况不同，对于本发明的音叉，共享部分中的材料质量明显大于两个臂中的材料质量。
图3B示出了配备图3A的共振器100的电极的正视图，并且该电极能够通过压电效应检测共振器的振动。电极以由阴影区域表示的导电垫41、42和51的形式布置在板的两个大面上，并且作用在臂1'和共享部分2'中。电极41和42具有相同的电极性，该电极性与电极51的极性不同。布置在大面中的一个上的电极41、42和51与布置在大面中的另一个上的电极41、42和51(由附图标记以虚线表示)直接相对，并且电极中的每个具有与在另一个大面上直接相对布置的电极相同的电极性。
电极41、42和51的相对复杂的形状由有限元的数值模拟产生，并且与由音叉的振动产生的相对复杂的机械应力分布有关，这些应力具有三种类型：沿着X轴的膨胀/压缩应力TXX、沿着Y轴的膨胀/压缩应力TYY、以及XY平面中的剪切应力TXY。电极构造的特征在于它们以传统方式与叉齿以及共享部分2'无差别地相关。具有相同的极性的电极41、42以及电极51通过标记为60的类型的连接轨道连接到位于安装臂3上的相应连接垫70和71。
因此，连接垫70和71分别连接所有电极中的两个极性，音叉配备成其电极构成与振动压电连接的偶极子。
可以例如通过将焊盘70和71连接至产生例如代表振动幅度的电压的差分电荷放大器(未示出)来检测音叉的振动。应注意，图3B中示出的、仅布置在板的两个大面上的电极非常适于低成本制造。例如，当共振器结构通过石英晶圆的化学刻蚀获得时，可以通过在前面和后面刻蚀先前用于化学刻蚀石英的金属掩模来容易地产生电极。
本发明旨在提供一种在流体中使用的共振器。然而，所描述的共振器具有显着的声学损失，这在该状态下不利于获得高的整体品质因数。
为了获得根据本发明优化并具有高品质因数的设备，必须在上述共振器上增加一种装置，该装置由于其与流体的耦合而能够基本上恢复所有声能损失。
能够恢复声能的装置或容纳装置的作用是将由共振器发出的声波返回至共振器，以产生新的激励力，该激励力然后有助于振动。
本发明的容纳装置是共振声腔。共振器放置在空腔形式的共振声腔的中心处。众所周知，任何空腔都会产生声共振的现象。因此，腔内存在固有的声共振模式，并且各自与共振频率和品质因数相关联。例如，针对任何形状，可以通过有限元模拟软件计算这三个参数。
根据本发明的与弯曲机械共振器相关联的声腔的特征在于：
-其具有接近或等于音叉的机械共振的固有频率的声共振的固有频率。
-与前一段的声共振的固有频率对应的固有的声共振模式具有根据在腔内的位置的节点和波腹。波腹可以与超压(+)或负压(-)对应。两个内边缘的大部分表面区域必须位于相同符号(意味着或超压或负压)的波腹内。两个外边缘的大部分表面区域也必须位于相同符号的波腹内，但是外边缘的符号与内边缘的符号相反。
-必须最大化上述模式的声学品质因数。例如，用于制造腔壁的材料必须是刚性的。
由于根据本发明的机械共振器的尺寸与声学波长兼容，因此根据本发明的机械共振器与此声学模式良好地耦合，并且因此，与压力模式的空间分布兼容(其中，连续的波腹之间的距离精确地等于λ/2)。
图4A中示出了简化的图示，其中绘制了共振声学模式的超压波腹(+)和负压波腹(-)。所表示的波确实具有这样的特性：在音叉的两个内边缘处具有负压，并且在两个外边缘处具有超压。
图4B中的另一图示以与传感器的比例相同的比例在正视图中示出了形成有半径为λ的圆形准线的圆柱形腔的相同原理。然后，声学模式是径向的，并且可以清楚地观察到边缘主要占据具有适当符号的区域。
图4C示出了相同腔的俯视图。
在下表中分别总结了钟表类型、仅根据本发明的类型以及优化类型的流体中的音叉共振器的典型品质因数以及相应的总体品质因数：
Q<sub>s</sub> Q<sub>v</sub> Q<sub>a</sub> Q<sub>g</sub>
钟表 80 000 10 000 2 000 000 8850
本发明 400 000 100 000 7 000 6437
优化 400 000 100 000 400 000 66 667
对钟表共振器不利的品质因数是与这种应用所需的小尺寸相关的粘性阻尼。品质因数与表面积/体积比成比例。
与钟表音叉相比，本发明的音叉共振器提供了许多改进的粘性和支承品质因数，但是如所预期的，其声学品质因数大大降低。
由于共振器与共振腔之间的配合，包括本发明的共振器的优化设备的声学品质因数非常高。
如所期望的，与现有技术的范围在1至200的钟表音叉相比，优化的设备具有相似值(即与现有技术相比在1至4的范围内)的高品质因数。

Claims (10)

1.机械共振器(100)，由厚度为T'的材料的平板制成，所述机械共振器包括共享部分(2')，所述共享部分(2')上嵌有至少一个平行六面体叉齿(1')，所述叉齿(1')具有长度Lb'、宽度Wb'，所述长度Lb'和所述宽度Wb'平行于所述平板进行测量，所述叉齿通过以频率f在所述板的平面中弯曲具有共振模式，在所述频率f下，所述叉齿在流体中发射波长为λ的声波，所述叉齿上布置有电极，
其特征在于，
所述宽度Wb'包括于λ/4+nλ与3λ/4+nλ之间，n是正整数或零。
2.根据权利要求1所述的共振器，其特征在于，所述宽度Wb'等于λ/2+nλ。
3.根据权利要求1或2所述的共振器，其特征在于，所述叉齿在两端处嵌入，以及其中，所述共振模式是通过弯曲的基本模式，所述叉齿的长度Lb'与所述叉齿的宽度Wb'的比率包括于2与5之间。
4.根据权利要求1或2所述的共振器，其特征在于，所述叉齿仅在其一端处嵌入，以及其中，所述共振模式是通过弯曲的基本模式，所述叉齿的长度Lb'与所述叉齿的宽度Wb'的比率包括于1.2与3.2之间。
5.根据权利要求4所述的共振器，其特征在于，所述共振器包括两个相同的叉齿(1')，所述两个相同的叉齿(1')平行布置并形成音叉，所述叉齿嵌入实心共享部分(2')中，所述实心共享部分的质量包括于所述两个相同的叉齿的质量的2至4倍之间。
6.根据权利要求5所述的共振器，其特征在于，所述共享部分(2')具有矩形平行六面体22的形状，所述矩形平行六面体的长度W'大于每个叉齿(1')的宽度Wb'的两倍，并且所述矩形平行六面体的高度(L22)大于每个叉齿的长度Lb'，并且在所述平行六面体的两侧布置有两个等腰梯形(21，23)，所述等腰梯形(21，23)的大基部的长度等于所述共享部分的长度，所述两个叉齿(1')以距离Ws'平行布置，所述距离Ws'包括于所述板的厚度T'的0.5至2倍之间，所述两个叉齿(1')嵌入在第一个等腰梯形(21)的小基部中，所述音叉叉齿的外边缘面与所述第一等腰梯形的小基部的端部重合，第二等腰梯形(23)的小基部支承将所述共振器连接至支承件的中间连接构件24，所述第二等腰梯形的小基部的长度小于所述叉齿中的一个的宽度Wb'的一半。
7.根据权利要求6所述的共振器，其特征在于，所述电极布置在每个叉齿(1')和所述共享部分(2')的与所述平板的平面平行的面上，所述电极占据所述面的除了电极间绝缘区域之外的整个表面，所述绝缘区域占据与所述平板的平面平行的所述面的总表面区域的不到20％。
8.根据权利要求7所述的共振器，其特征在于，与所述平板的平面平行的同一面的所述电极包括：
Y形状的中央电极(41)，所述Y形状的中央电极具有两个对称臂，所述两个对称臂沿着所述两个叉齿(1')的彼此面对的内边缘面延伸，并且所述Y形状的中央电极具有连接所述中间连接构件(24)的中心点的尾部，
两个对称的外部电极(42)，所述外部电极各自覆盖与所述平板的平面平行的所述面的部分的至少25％，所述面的部分的至少25％作为所述共享部分(2')的一部分，所述外部电极各自位于与所述共享部分相对的横向区域中，并且所述外部电极各自连接所述中间连接构件的相应外部点，以及
两个对称的中间电极(51)，所述中间电极各自具有沿着所述叉齿中的一个的外边缘面延伸的臂、围绕与所述中间连接构件相对的所述外部电极中的一个的端部的返回部分、以及连接所述中间连接构件的相应中间点的尾部，所述中间点位于所述中心点与所述外部点中的一个之间。
9.一种设备，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的机械共振器(100)，其特征在于，所述设备包括声学容纳装置，所述声学容纳装置布置在所述共振器附近，并且反射由所述共振器发射的声能。
10.根据权利要求9所述的设备，当从属于权利要求5至8中的一项时，其特征在于，所述设备是在所述音叉的机械共振频率共振的声腔，所述声腔的声学共振模式具有节点和波腹，使得所述共振器的所述叉齿的两个内边缘面中的每个均位于中心波腹处，以及所述叉齿的两个外边缘面中的每个均位于与所述中心波腹相位相反的波腹处。
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