DE2143103C3

DE2143103C3 -

Info

Publication number: DE2143103C3
Application number: DE19712143103
Authority: DE
Inventors: Bohumil Chalupa; Rudolf Michalec; Vaclav Prof. Dr. Prag Petrzilka; Jan Vrzal; Jirzi Reichenberg Zelenka
Original assignee: Tesla AS
Current assignee: Tesla AS
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1971-08-27
Publication date: 1975-11-27
Also published as: DE2143103A1; DE2143103B2; CS153607B1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Resonator mit einem Schwingungskörper, der durch ein elektrostatisches Wechselfeld mittels wenigstens einer Elektrode in eine seiner Eigenresonanzfrequenzen anregbar ist, wobei zwischen dem Schwingungskörper und der Elektrode ein ein Vakuum oder ein Dielektrikum einschließender Spalt gebildet ist.

Es ist ein Zungenfrequenzmesser bekannt (CH-PS 1 43 /55), bei dem eine Reihe Zungen an einem membranförmigen Körper befestigt ist, der durch die Krafteinwirkung eines elektrostatischen Wechselfeldes in eine erzwungene Schwingung versetzt wird. Dabei wird die elektrostatische Krafteinwifkung des Wechselfeldes indirekt auf die Zungenreihe übertragen. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß eine Metallplatte oder ein Metallband verwendet wird, deren bzw. dessen Eigenschwingungszahl zweckmäßigerweise außerhalb der Wechselzahl der zu messenden Frequenz liegt, so daß die Schwingungsamplitude des membraniörmigen Körpers klein gegen den Abstand zur feststehenden starr gelagerten Metallplatte bleibt.

Der bekannte Zungenfrequenzmesser, der zu einem Kondensatormikrophon eine gewisse Ähnlichkeit aufweist, ist nicht als Oszillator in einem Hochfrequenz- oder Niederfrequenzgenerator oder als Filter einsetzbar.

Ein elektromechanischer Resonator der eingangs genannten Art ist als elektrostatisch anregbares Stimmgabclfilter bekannt (DT-PS 8 92 344), bei dem jede Stimmgabel zwei Resonanzfreqenzen aufweist.

Eine der beiden Frequenzen stimmt immer überein mit der Eigenfrequenz, die sich für einen einzelnen Stab errechnet. Die andere Frequenz ist in ihrer Frequenzlage stark abhängig von der Ausbildung des Stimmgabelfußes und ist im allgemeinen stärker gedämpft. Als Umformer können auch elektrostatische Umformer benachbart zu den Gabelzinken vorgesehen werden, die durch eine koppelnde Masse miteinander verbunden sind.

Es sind weiterhin Oszillatoren zur Abgabe einer genauen Frequenz in Form eines elektronischen Oszillators bekannt, dessen Frequenz durch einen Piezorescnator, weniger auch durch einen Magnetostriktions- oder Elektrostriktionsresonator, stabilisiert wird.

Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Resonanzfrequenz eines Resonators durch die mechanische Frequenz des Resonators gegeben und vor allem durch die Ausschliffabmessungen beeinflußt wird.
Das Senden unter mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Resonators wird durch die elektromechanische, meistens von den Piezoeigenschaften des Ausschliffes abhängige Kopplung vermittelt. Es ist ein Nachteil, daß man nicht ohne Verwendung komplizierter Einrichtungen an den Ausschliffen aus Kristallen oder Dielektrika, bei denen keine Piezo-, Magnetostriktions- oder Elektrostriktionseigenschaften existieren, Schwingungen erregen kann. Man kann z. B. keine Biegungsschwingungen erregen an dem Quarzstäbchen mit der Länge in der Richtung der Achse Y und mit der Dicke in der Richtung der Achse A^-, weil in der Richtung der Achse Z kein Piezoeffekt existiert. Zugleich ist es bekannt, daß für die Konstruktion von Knstalloszillatoren für sehr niedrige Frequenzen eben der betreffende Typ am vorteilhaftesten ist. Solche Oszillatoren für sehr niedrige Frequenzen werden bisher so gebaut, daß /wci in der Richtung der Achse A" umgekehrt polarisierte Oszillatoren verkittet werden. Diese Art der

Fertigung ist mühsam und ermöglicht nicht, einen genügend hohen Gütefaktor Q und Frequenzstabilität zu erreichen. In anderen Fällen existiert bei jeweiligen Piezo-, Magnetostriktions- und Elektrostriktionsresonatoren als Einschränkung für die Bedingung, daß ■ der Resonator genügend große Piezo-, Magnetostriktions- und Elektrostnktionseigenschaften und zugleich eine kleine Ttmperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz aufweist.

Es ist Aufgabe der vorliegender. Erfindung, bei einem elektromechanischen Resonator der eingangs genannten Art dielektrische oder halbleitende Stäbe oder Platten bei irgendeiner ihrer Resonanzfrequenzen direkt in Schwingungen zu erregen, wobei keine magnetischen oder piezoelektrischen Übertragungseinrichtungen erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der aus isolierendem oder halbleitendem Material bestehende Schwingungskörper an seiner Oberfläche wenigstens teilweise mit einer leitenden Schicht versehen ist.

Durch die Erfindung ist es möglich, mechanische Anordnungen aus einem isolierenden oder halbleitenden Material direkt in Schwingungen zu versetzen, ohne daß magnetische oder piezoelektrische Übertragungseinrichtungen erforderlich sind. Der Schwingungskörper wird also direkt und in einer seiner Resonanzfrequenzen durch elektrostatische Krafieinwirkungen erregt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen elektromechanischen Resonators gegenüber den bisherigen Resonatoren, die Piezo-, Magnetostriktions- unu Elektrostriktionseigenschaften fester Materialien ausnutzen, besteht weiterhin darin, daß man für die Fertigung des Resonators eine größere Auswahl Materialien hat und dabei die Schwingungen des Resonators einfach erregen kann. Man kann also auch Dielektrika und Halbleiter nehmen, die keine Piezo-, Magnetostriktions- und Elektrostriktionseigenschaften aufweisen oder bei denen diese Eigenschaften sehr schwach sind. Beim Resonatorentwurf kommen nur solche Materialien in Betracht, die für den gegebenen Fall zweckmäßig geformt werden können und die ohne Rücksicht auf weitere Eigenschaften den Bau des Resonators mit einem minimalen TemperaUirkoeffizienten für die Frequenz ermöglichen. Die Erfindung gestattet, den Resonator auch auf einem Teil eines dielektrischen oder halbleitenden Plättchens herzustellen, das schon zu irgendeinem anderen Zweck Funktionsteil der elektronischen Schaltungsanordnung ist, in die der Resonator geschaltet werden soll.

Eine Weiterbildung der Erfindung, besteht darin, daß der Schwingungskörper durch ein Plättchen gebildet ist, das an seinem Umfang oder seinen Oberflächen oder an seiner ganzen Oberfläche mit der leitenden Schicht versehen ist, gegenüber der mindestens zwei Elektroden angeordnet sind.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Schwingungskörper durch ein Stäbchen gebildet ist, das an seinen Endflächen oder an seinem Umfang (Mantel) oder an seiner ganzen Oberfläche mit der leitenden Schicht versehen ist. gegenüber der mindestens zwei Elektroden angeordnet sind.

Durch die einfache Ausbildung des Schwingung körpers als Plättchen oder Stäbchen ist es möglich, die Schwingungsart zu beeinflussen. Bei?pic-K\\rise können bei einem Stäbchen oder einem in der oben angegebenen Art begrenzten Plättchen als Schwingungskörper mit derselben Schaltungsanordnung Längsschwingungen erzeugt werden.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die leitende Schicht durch leitende, fest mit dem Schwingungsköryer des Resonators verbundene Metallglieder gebildet ist.

Damit ist es möglich, den Schwingungskörper auf

ic einfache Weise fest und sicher mit der leitenden Schicht zu verbinden.

Eine Schaltungsanordnung zur Erregung des erfindungsgemäßen Resonators zeichnet sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß alle Teile der leitenden Schicht untereinander sowie alle Elektroden untereinander verbunden sind, und daß zwischen die verbundenen leitenden Schichten und die verbundenen Elektroden eine Wechselspannungsquelle geschaltet ist. Damit ist der Aufbau einer zweipoligen passiven Schaltung möglich.

Eine andere Schaltungsanordnung zur Erregung des erfindungsgemäßen Resonators zeichnet sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß die leitende Schicht und mindestens eine Elektrode an die Wechselspannungsquelle von gewünschter Frequenz und zugleich die leitende Schicht und mindestens eine der übrigen Elektroden an einem Resonanzindikator angeschlossen sind. Damit ist der Aufbau einer vierpoligen Schaltung möglich.

Schließlich zeichnet sich noch eine weitere Schaltungsanordnung zur Erregung des erfindungsgemäßen Resonators dadurch aus, daß die leitende Schicht und mindestens eine der Elektroden an den Eingang eines Verstärkers und zugleich die leitende Schicht und mindestens eine der übrigen Elektroden an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen sind. Damit ist der Aufbau einer aktiven Schaltung möglich, wobei der Resonator ein Rückkopplungsglied des Verstärkers darstellt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die einige Ausführungsbeispiele der Anordnung des elektromechanischen Resonators darstellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Zwcipol-Schaltungsanordnung zur Erregiing des elektromechanischen Resonators;

F i g. 2 eine Vierpol-Schaltungsanordnung zur Erregung des elektromechanischen Resonators;

Fig. 3 eine aktive Schaltungsanordnung zur Erregung des elektromechanischen Resonators;

" Fi g. 4 den Grundriß des elektromechanischen Resonators in der Form eines Plättchens zur Erregung der Grundschwingungen;

F i g. 5 den Aufriß des elektromechanischen Resonators in der Form eines Plättchens zur Erregung der Grundschwingungen;

F i g. 6 den elektromechanischen Resonator in der Form eines Plättchens zur Erzeugung von Längsschwingungen;

Fig. 7 den elektromechanischen Resonator in det

Form eines Plättchens zur Erregung von Drehschwingungen;

Γ i g. 8 den elektromechanischen Resonator in dei Form eines Stäbchens zur Erregung von Längsschwingungen:

F i g. 9 den Aufriß des elektromechanischen Resonators in der Form eines Stäbchens zur Erregung von Die lisch win gun yen;

Tig. 10 den <Ί; üiclriß des elektromechanischer

Resonators in der Form eines Stäbchens zur Erregung von Drehschwingungcn;

Fig. 11 den Aufriß des elektromechanischen Resonators in der Form eines Stäbchens zur Erregung von Biegeschwingungen;

Fig. 12 den Grundriß des elektromechanischen Resonators in der Form eines Stäbchens zur Erregung von Biegeschwingungen.

Ein Schwingungskörper 1 des Resonators ist z. B. als ein Plättchen oder ein Stäbchen von beliebiger Form oder beliebigem Querschnitt aus nicht- oder halbleitendem isotropem oder anisotropem Material ausgeschnitten, ausgeschliffen, gepreßt, gegossen oder anderweitig geformt, vorzugsweise aus einem Material, welches bei gegebener Form des Schwingungskörpers 1 einen kleineren Temperaturkoeffizienten der Eigenresonanzfrequenz als 1 : 10'⁵ aufweist. Die Oberfläche des Schwingungskörpers 1 wird mit einer leitenden Schicht 2 versehen; z. B. so, daß auf die Oberfläche des Schwingungskörpers 1 durch Metallverdampfung im Vakuum oder durch Kathodenzerstäubung usw. eine Metallschicht von Ag, Al, Au, Ni und anderen Metallen aufgetragen wird. Weiter kann die leitende Schicht 2 aus einem nichtmetallischen Material, z. B. aus KolloidkohlenstofT, durch Siebdruckverfahren oder mit einem Pinsel usw. aufgetragen werden.

Die leitende Schicht 2 kann funktionell durch ein Mctallglicd 5 ersetzt werden, das z. B. am Umfang des Schwingungskörpers 1 des elektromechanischen Resonators befestigt ist. Der Schwingungskörper 1 ist in Befestigungspunkten 3 so befestigt, daß der Resonator zu Schwingungen der gewünschten Art erregt werden kann.

Die Anzahl der Befestigungspunkte 3 hängt von der Schwingungsart ab und beträgt gewöhnlich zwei bis vier. Zur Erregung der Schwingungen sind in der Nähe der leitenden Schicht 2 oder des Metallgliedes 5 eine oder mehrere Elektroden 4 vorgesehen. Die Elektroden 4 werden fest mit dem Tragsystem — einem Halter — des Resonators so verbunden, damit zwischen der leitenden Schicht 2 oder dem Metallglicd 5 und den Elektroden 4 ein Luft- oder Vakuumspalt entsteht, in den eventuell zur Verkleinerung der Wahrscheinlichkeit eines elektrischen Durch-Schlages noch ein festes Dielektrikum 6, z. B. Glimmer, eingesetzt wird. Die leitende Schicht 2 bzw. die Metallglieder S am Schwingungskörper 1 des Resonators sind z. B. mit Hilfe der Befesigungspunktc 3 an eine oder mehrere Klemmen 7 angeschlossen. Die Elektroden 4 sind an weitere Klemmen 8, 9 angeschlossen.

Wenn zwischen die Klemmen 8 und 7, d. h. zwischen die Elektrode 4 und die leitende Schicht 2 eine Wechselspannung gelegt wird, beginnt durch die Einwirkung des entstehenden elektrischen Wechselfeldes im Spalt zwischen der festen Elektrode 4 und der leitenden Schicht 2 oder dem Metallglied S des Resonators bei der Erregungsresonanzfrequenz, die in der Nähe der Eigenresonanzfrequenz des Resonators liegt, die Weite des Spalts intensiv periodisch zu variieren, d. h. der Resonator wird periodisch zu den Elektroden angezogen, bis er in Schwingungen mit einer seiner Eigenresonanzfrequenzen versetzt wird. Die Schwingungsamplitude wird am größten, wenn die Frequenz der Wechselspannung gleich einer der Eigenresonanzfrequenzen des Resonators ist. Die Schwingungsart hängt bei gegebener Form des Resonators, z. B. beim Stäbchen rechteckigen Querschnittes, auch von der Größe und von der Form der leitenden Schicht 2 sowie von der Anbringung der einen oder mehreren Elektroden 4 ab, wie an Ausführungsbeispiclen gezeigt werden wird. Welche der Eigenresonanzfrequenzen gegebenen Typs eines Resonators erregt werden soll, hängt von der Verwendung der Elektroden 4 und von der zur Erregung der Schwingungen benutzten Schaltungsanordnung ab. Die benutzte Schaltungsanordnung kann aktiv oder passiv sein.

Bei einer passiven Schaltungsanordnung zur Erregung des elektromechanischen Resonators gemäß der Erfindung, z. B. mit zwei Elektroden 4, von denen eine an die Klemme 8 und die zweite an die Klemme 9 angeschlossen ist, werden im Falle der zweipoligen Schaltungsanordnung des elektromechanischen Resonators nach Fig. 1 die Klemmen 8 und 9 verbunden und zwischen die verbundenen Klemmen 8, 9 und die Klemme 7 — eventuell die verbundenen Klemmen 7 — wird Wechselspannung von einer Quelle 10 gelegt.

Im Falle der vierpoligen Schaltungsanordnung nach F i g. 2 wird an die Klemmen 8 und 7, die Eingangsklemmcn eines Vierpoles sind, die Wechselspannungsquelle 11 geschaltet, und an die Klemmen 9 und 7, die als Ausgangsklemmen des Vierpoles dienen, eine Last 12, z. B. ein Resonanzindikator, geschaltet.

Im Falle der aktiven Schaltungsanordnung nach F i g. 3 wird an die Klemmen 8 und 7 der Eingang eines Verstärkers 13 und an die Klemmen 9 und 7 der Ausgang des Verstärkers 13 geschaltet. In dieser aktiven Schaltungsanordnung stellt der Resonator ein Rückkopplungsglied zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers 13 dar.

Wenn in der passiven Schaltungsanordnung die Erregungswechselspannung genügend hoch oder in der aktiven Schaltungsanordnung die Verstärkung des Verstärkers genügend groß ist, entsteht zwischen der Elektrode 4 und der leitenden Schicht 2 oder dem Metallglied 5 des Schwingungskörpers 1 des Resonators eine Kraft F_t, die gegeben ist durch folgende Beziehung:

2c/²

(1)

mit P = Fläche der Elektroden 4,

d = Spaltweite zwischen der Elektrode 4 und der leitenden Schicht 2 des Schwingungskörpers 1 des Resonators,

= Dielektrizitätskonstante des im Spalt zwischen der Elektrode 4 und der leitenden Schicht 2 oder dem Metallglied 5 des Schwingungskörpers 1 angeordneten Mediums, das gewöhnlich Luft oder eine Kombination von Luft und Glimmer ist,

U = Spannung zwischen der Elektrode 4 und der leitenden Schicht 2 oder dem Metallglied 5.

Für die Spannung des schwingenden Stäbchens gilt die Beziehung

V = V_n + U_osm wt

(2)

1 tJ

mit U₀ sin ωί als Wechselspannungskomponente mit ier Schwingungsfrequenz / = toll π gleich der Eigenfrequenz einer der möglichen Schwingungen des Resonators.

Aus beiden Beziehungen (1) und (2) — wenn in (1) aus (2) U ersetzt wird — folgt, daß die Kraft F_r eine mit der Frequenz j - to/In periodisch wechselnde Komponente hat, die eine Erregung des Resonators in dem betreffenden Typ der Schwingungen verursacht.

In F i g. 4 ist ein Grundriß und in F i g. 5 ein Aufriß eines elektromechanischen Resonators nach der Erfindung abgebildet, in dem man entweder die Grundschwingungen oder irgendeine der Oberwellenschwingungen des Resonators erregen kann. Der Schwingungskörper 1 hat die Form eines runden Plättchens, das auf dem Rande mit Facetten und an seiner ganzen Oberfläche mit einer Silber- oder anderen leitenden Schicht 2 versehen ist. Das Plättchen ist in dem Halter durch drei Befestigungspunkte 3 an seinem Umfang befestigt. Gegenüber der Vorderfläche ist die eine Elektrode 4 und gegenüber der Hinterfläche die andere Elektrode 4 angebracht. Beide Elektroden müssen nicht gleich groß sein. Ihre Größe wird nach Bedarf der Erregung gewählt. Zwischen den Elektroden 4 und den mit Metall überzogenen Teilen des Resonators ist ein festes Dielektrikum 6, z. B. Glimmer, angeordnet, um die Wahrscheinlichkeit eines elektrischen Durchschlages zu verkleinern. Die Längsschwingungen des Plättchens, bei denen die elastische Verschiebung in der Richtung des Radius geschieht, kann man vorteilhaft in einer Anordnung nach F i g. 6 erregen.

Der Schwingungskörper 1 in der Form eines Rundplättchens aus einem nicht- oder halbleitenden isotropen Material wird in an sich bekannter Weise mit einer leitenden Schicht 2 auf seinem Umfang versehen. Gegenüber der leitenden Schicht 2 werden um den Umfang des Plättchens herum einige (z. B. sechs) Elektroden 4 angeordnet. Das Plättchen ist in der Mitte durch zwei Befestigungspunkte 3 gehalten.

In einer passiven sowie aktiven Schaltungsanordnung ist die leitende Schicht 2 mit der Klemme 7 verbunden, einige der Elektroden 4 mit der Klemme 8 und die verbleibenden Elektroden 4 mit der Klemme 9. Dann kann man den elektromechanischen Resonator in die elektrische Schaltungsanordnung, z.B. eine der von Fig. 1 bis 3, einschalten. Wenn der Schwingungskörper 1 in Form eines Rundplättchens aus einem anisotropen Material besteht, kann man dieselbe Schaltungsanordnung zur Erregung der Längsschwingungen benutzen, jedoch muß das Plättchen mit einem Umfang versehen werden, dessen Radiusvektor der Wurzel aus dem Elastizitäts-Modul proportional ist, die auch der Eigenfrequenz der Grundlängsschwingungen eines solchen Gebildes proportional ist. Die Elektroden 4 nach F i g. 6 können eventuell durch eine einzige Elektrode 4, z. B. einen zum Resonatorumfang konzentrischen Metallstreifen, ersetzt werden. Der Umfang des Schwingungskörpers 1 wird mit der leitenden Schicht 2 versehen.

F i g. 7 zeigt eine von möglichen Anordnungen gemäß der Erfindung zur Erregung der Drehschwingungen des Resonators. Der Schwingungskörper hat die Form eines Rundplättchens, das an seinem Umfang sechs Metallglieder 5 befestigt trägt, die untereinander mit Hilfe der leitenden Schicht 2 verbunden und durch einen Befestigungspunkt 3 an die Klemme 7 geschaltet sind. Gegenüber den betreffenden, mit dem Plättchen fest verbundenen Metallgliedern 5 sind sechs Elektroden 4 angebracht. Weil zur Erregung der Drehschwingungen bei dem Resonator in der Form des Rundplättchens ein Drehmoment nötig ist, werden einige der Elektroden 4 untereinander leitend verbunden und an die Klemme 8 geschaltet, während die übrigen Elektroden 4 ebenso untereinander verbunden und an die Klemme 9 angeschlossen werden. Die Schaltung des Resonators in der elektrischen Schaltungsanordnung zur Erregung kann nach einem der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele durchgeführt werden. Was die Anzahl der Elektroden 4 betrifft, so genügen zur Erregung des Drehmomentes im äußersten Falle nur zwei Paare der Elektroden 4, die am Umfang des Rundplättchens in gegenüberliegender Lage angebracht sind. Ähnlich wäre es möglich, die Anordnung der Elektroden 4 zur Erregung der Biegungsschwingungen des Resonators vorzunehmen, wenn es sich um die Verwendung des Resonators nach der Erfindung im Gebiet niedriger Frequenzen handelt. Weil zu demselben Zweck die Biegeschwingungen eines Stäbchens benutzt werden können, werden für die Erläuterung die Stäbchen als Beispiel verwendet.

In Fi g. 8 ist eine von möglichen Anordnungen für den Fall dargestellt, daß als Resonator ein Stäbchen mit rundem oder rechteckigem Querschnitt verwendet wird und daß das Stäbchen zu Längsschwingungen erregt wird. Wenn es sich um die Erregung der Grundlängsschwingungen handelt, wird der Schwingungskörper 1 in der Form eines Stäbchens zwischen die Befestigungspunkte 3 in der Mitte seiner Länge an den Nullpunktlinienstellen befestigt. Das Stäbchen wird an jedem Ende mit leitenden Schichten 2 versehen, die entweder getrennt oder untereinander leitend verbunden sind. Gegenüber den leitenden Schichten 2 an den Enden des Stäbchens werden die Elektroden 4 angeordnet. Der Resonator dieses Ausführungsbeispiels kann passiv oder aktiv in den Schaltungsanordnungen nach F i g. 1 bis 3 erregt werden.

Fig. 9 zeigt den Aufriß und Fig. 10 den Grundriß einer möglichen Anordnung des elektromechanichen Resonators für den Fall, daß als Resonator ein Stäbchen runden oder rechteckigen Querschnittes verwendet wird und das Stäbchen zu Drehschwingungen erregt wird. Das Stäbchen wird zur Erregung zu Drehschwingungen in der Mitte seiner Länge zwischen zwei Befestigungspunkten 3 befestigt. Jedes seiner freien Enden wird mit einem ebenen Metallglied S versehen, das mit dem Ende des Stäbchens festgebunden wird. Gegenüber jedem Metallglied sind zwei Elektroden 4 angeordnet, eine auf und die zweite unter dem Metallglied 5, wie aus F i g. 9 und 10 ersichtlich ist. Es werden z.B. die zwei Elektroden 4 gegenüber einem Ende des Stäbchens untereinander leitend verbunden und an die Klemme 8 geschaltet, ebenso werden die verbundenen Elektro den 4 gegenüber dem zweiten Ende an die Klemme ί geschaltet. In der aktiven oder passiven Schaltungs anordnung nach F i g. 1 bis 3 entstehen durch dies* Anordnung ein Drehmoment an den Enden des Stab chens und dadurch die Schwingungen des Stäbchen: in Form von Drehschwingungen. Was die gegensei tige Lage der Elektroden an einem Ende und an den anderen Ende des Stäbchens betrifft, so sei darai erinnert, daß die Lage nicht wechselnd sein muß

509 648/17

Λ

veil man die Erregung des Drehmomentes in sol- :hem Falle durch eine geeignete Schaltungsanordnung erzielen kann.

Für ein letztes Ausführungsbeispicl einer Anordnung des elektromechanischen Resonators ist in Fig. 11 der Aufriß und in Fig. 12 der Grundriß dargestellt. Es handelt sich um einen Schwingungskörper in der Form eines Stäbchens mit einem rechteckigen Querschnitt. Weil die Grundbiegeschwingung zwei Nullpunktlinien hat, ist das Stabchen in den Nullpunktlinien mit vier Befestigungspunkten 3 befestigt. Jedes von beiden Enden des Stäbchens ist mindestens an einer Seite mit der leitenden Schicht 2

10

versehen, und gegenüber jeder der leitenden Schichten 2 ist eine Elektrode 4 angeordnet. Für die passive Schaltungsanordnung nach Fig. 1 genügt es, das periodische Feld nur an einem Ende des Stäbchens herzustellen, weshalb nur eine einzige leitende Schicht 2 und nur eine einzige Elektrode 4 dazu nötig sind.

Der clektromechanische Resonator gemäß der Erfindung ist mit Rücksicht auf die Möglichkeit der Erregung aller Typen von Schwingungen geeignet, das ganz.e Gebiet der Frequenznormal von Mindestfrequenzwerten bis zu Höchstfrequenzwerten zu überdecken.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

1902

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromechanischer Resonator mit einem Schwingungskörper, der durch ein elektrostatisches Wechselfeld mittels wenigstens einer Elektrode in eine seiner Eigenresonanzfrequenzen anregbar ist, wobei zwischen dem Schwingungskörper und der Elektrode ein ein Vakuum oder ein Dielektrikum einschließender Spalt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus isolierendem oder halbleitendem Material bestehende Schwingungskörper (1) an seiner Oberfläche wenigstens teilweise mit einer leitenden Schicht (2) versehen ist.

2. Elektromechanischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der SchwingungEkörper (1) durch ein Plättchen gebildet ist, das an seinem Umfang oder seinen Oberflächen oder an seiner ganzen Oberfläche mit der leitenden Schicht (2) versehen ist, gegenüber der mindestens zwei Elektroden (4) angeordnet sind (Fig. 4 bis 7).

3. Elektromechanischer Resonator nach Anipruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskörper (1) durch ein Stäbchen gebildet ist, das an seinen Endflächen oder an seinem Umfang (Mantel) oder an seiner ganzen Oberfläche mit der leitenden Schicht (2) versehen ist, gegenüber der mindestens zwei Elektroden (4) angeordnet sind (Fig. 8 bis 12).

4. Elektromechanischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (2) durch leitende, fest mit dem Schwingungskörper (1) des Resonators verbundene Metallglieder (5> gebildet ist (Fig. 7, 9, 10).

5. Schaltungsanordnung zur Erregung des Resonators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile der leitenden Schicht (2) untereinander sowie alle Elektroden (4) untereinander verbunden sind, und daß zwischen die verbundenen leitenden Schichten (2) und die verbundenen Elektroden (4) eine Wechselspannungsquelle (10) geschaltet ist (Fig. 1).

6. Schaltungsanordnung zur Erregung des Resonators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (2) und mindestens eine Elektrode (4) an die Wechselspannungsquelle (11) von gewünschter Frequenz und zugleich die leitende Schicht (2) und mindestens eine der übrigen Elektroden (4) an einem Resonanzindikator (12) angeschlossen sind (Fig. 2).

7. Schaltungsanordnung zur Erregung des Resonators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (2) und mindestens eine der Elektroden (4) an den Eingang eines Verstärkers (13) und zugleich die leitende Schicht (2) und mindestens eine der übrigen Elektroden (4) an den Ausgang des Verstärkers (13) angeschlossen sind (Fig. 3).