DE1441143C - Elektromechanisches Resonanzelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Resonanzelement, bestehend aus einem kreisringscheibenförmigen, radial vorpolarisierten, piezokeramischen Körper mit auf beiden Seiten angebrachten kreisringförmigen, elektrisch leitenden Belägen.

Es sind Resonanzelemente in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So gibt es bereits scheibenförmige piezokeramische Schwinger, die auf ihren Stirnllächen jeweils einen oder mehrere elektrisch leitende Beläge aufweisen. Derartige Schwinger sind bisher nur in Richtung des Wechselfeldes, also in axialer Richtung vorpolarisiert und schwingen unter Einwirkung einer Wechselspannung bei niedrigen Frequenzen in transversalen Schwingungen (radiale Dehnung) und bei höheren Frequenzen in Dickenschwingungen. Diese bekannten Arten von Resonatoren weisen damit den Nachteil auf, daß sie gleichzeitig in verschiedenen Schwingungsmoden schwingen können, insbesondere zeigen sie bei Dickenschwingungen eine Aufspaltung in mehrere Resonanzen, wodurch eine zusätzliche Aussiebung der überflüssigen Resonanzen erforderlich wird.

Eine andere bekannte Ausführungsform solcher piezokeramischer Schwinger, die hohe Resonanzfrequenzen besitzen, sind rechteckförmige Plättchen, auf deren Hauptflächen die elektrisch leitenden Beläge aufgebracht sind. Die Richtung der elektrischen Polarisation bei diesen Resonatoren ist senkrecht zur Richtung des Wcchselfeldes. Damit sind diese Resonatoren zu Dickenscherschwingungen bei sehr hohen Frequenzen anregbar. Diese Resonatoren weisen aber folgende Nachteile auf: Da die frequenzbestimmende Abmessung ihre Dicke ist, müssen sie bei sehr hohen Frequenzen oft extrem dünn hergestellt werden. Es passiert dann sehr leicht, daß die sehr feinen Ecken abbrechen und der Resonator damit unbrauchbar wird. Weiterhin ergeben sich durch die rechteckige Ausbildung des Körpers drei nebenwellencrzeugende Abmessungen, wodurch der Schwinger relativ viele Störresonanzen aufweist. Für verschiedene Anwendungen ist er darüber hinaus auch zu hochohmig, da die durch die elektrisch leitenden Beläge gebildete Kapazität zu niedrig ist.

Zur Erzielung von radialen Oberwellenschwingungen wird in dem älteren deutschen Patent 1144793 vorgeschlagen, ein eingangs genanntes Resonanzelemcnt so auszubilden, daß eine ungerade Anzahl von kreisringförmigen Belägen wechselseitig und nach Durchmesser gestaffelt auf dem kreisringförmigen piezokeramischen Körper aufgebracht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten piezokeramischen Schwinger anzugeben, der sich besonders für extrem hohe Frequenzen eignet.

Hrfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß bei einem elektromechanischen Resonanzelcmcnt der eingangs näher bezeichneten Art die Beläge symmetrisch zueinander angeordnet sind und gleiche Form und Größe haben.

Hin derartiger Resonator, der auf Grund seines Aufbaues und der elektrischen Polarisation zu radialen Dickenscherschwingungen anregbar ist, besitzt gegenüber den bisher bekannten Ausführungsformen zusätzlich die folgenden Vorteile: Durch die Kreisringscheibenform ergibt sich ein sehroft erwünschter größerer Kopplungsfaktor zwischen elektrischer und mechanischer Schwingungsenergie. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Resonarizelementes ist es, daß er nur eine einzige sehr ausgeprägte Resonanz aufweist, die nicht wie bei den oben beschriebenen Dickenschwingern sich in ein Frequenzspcktrum aufspaltet.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfin- ' dungsgemäßen Resonanzelementes in Draufsicht dargestellt. Der ringförmige piezokeramische Körper 1 ist auf seinen beiden Hauptflächen mit je einem kreisringförmigen Belag verschen, wobei in der Figur nur einer der Beläge 2 sichtbar ist. Die Pfeile 3 sollen die Richtung der Polarisation darstellen. In F i g. 2 ist der Resonator gemäß Fig. 1 im Schnitt dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. In

zo stark übertriebener Form ist gestrichelt eine der Extremlagen des schwingenden Körpers dargestellt.

Als besonders günstig erwies es sich, als piezo-

keramisches Material für den Resonator Barium-Titanat oder PZT-Keramik vorzusehen.

Verwendung finden kann der erfindungsgemäße Resonator als selbständiges Selektionselement oder als elektromechanischer Wandler in mechanischen Filtern oder Verzögerungsleitungen, wobei für diese beiden letzteren wegen des hohen Kopplungsfaktors des kreisringscheibenförmigen Keramikschwingers Anwendungen als breitbandiger elektromechanischcr Wandler für höhere Zwischenfrequenzen besonders vorteilhaft ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Resonanzelementj bestehend aus einem kreisringscheibenförmigen, radial vorpolarisierten, piezokeramischen Körper mit auf beiden Seiten angebrachten kreisringförmigen, elektrisch leitenden Belägen, dadurch

•gekennzeichnet, daß die Beläge (2) symmetrisch zueinander angeordnet sind und gleiche Form und Größe haben.

2. Elektromechanisches Resonanzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des piezokeramischen Körpers nur ein kreisringförmiger Belag angeordnet ist.

3. Elektromechanisches Resonanzelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Barium-Titanat oder PZT-Keramik besteht.

4. Elektromechanisches Rcsonanzelcment nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als selbständiges Selektionsclemcnt.

5. Elektromechanisches Rcsonanzelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als elektromechanischcr Wandler in mechanischen Filtern und Verzögerungsleitungen.