DE646298C - Piezoelektrischer Kristall mit tiefen longitudinalen Eigenfrequenzen, insbesondere fuer Tonfrequenz - Google Patents

Description

Bekanntlich lassen sich aus dem Ouarzrohkristall im allgemeinen nur Stäbe von etwa 8 bis 10 cm Länge schneiden, die deswegen in der praktisch so einfach zu verwendenden Iongitudinalen Erregungsweise jedoch nur die Erreichung von etwa 30 kHz für die Grundschwingung gestatten.

Daher wird im'folgenden eine neue Form eines- Kristallstabes angegeben, die es ermöglicht, longitudinal bis herab zu etwa 10 kHz zu erregen, d. h. bis herab zu dem dritten Teil des bisher möglichen.

Dieser neue piezoelektrische Kristall ist erfindungsgemäß als gekrümmter Stab aus dem Rohkristall herausgeschnitten. Er hat also z. B., wie die Abb. 1 zeigt, die Form eines aufgeschnittenen Kreisringes, der aus einer parallel zur optischen Achse geschnittenen Platte herausgeschliffen ist. Die Versuche haben den Grundgedanken der Erfindung bestätigt, daß sich dieser Stab in der bisher üblichen Weise longitudinal, d. h. hier in der Längsrichtung des Stabes erregen läßt, indem die Schwingung der Krümmung des Stabes folgt. Daher ist leicht ersichtlich, daß bei genügend großem Durchmesser die obengenannten Frequenzen zu' erreichen sind. Während die bereits bekannten piezoelektrischen Kristalle in Form geschlossener Kreisringe sich nur zu Eigenschwingungen mit mindestens zwei Knotenpunkten (als Grundschwingung) erregen lassen, hat der vorliegende offene Kreisring den wesentlichen Vorteil, daß die Grundeigenschwingung mit einem Knotenpunkt erregbar ist in demselben Sinne, als wenn der Stab ausgestreckt wäre. Diese Schwingung hat daher den größenordnungsmäßig halben Frequenzwert wie ein geschlossener Ring.

Bei der Berechnung der Eigenfrequenz von Stäben vorliegender Art ist zu beachten, daß diese Stäbe der bekannten Formel für die longitudinale Eigenfrequenz nicht gehorchen, weil der Elastizitätsmodul längs des Stabes sich ändert, und zwar in bekannter Weise als Funktion der jeweiligen Richtung der Stabachse zu den Kristallachsen. Es hat sich gezeigt, daß die longitudinale Eigenfrequenz / der neuen Stäbe im wesentlichen einer Formel gehorcht von der Form

wenn

ist; darin ist/die mittleres tablänge, ρ dieDichte, s ist der Elastizitätsmodul in der Voigtschen Bezeichnungsweise abhängig von dem Winkel φ, 2 α ist der Winkel, den der Kristall

einschließt. Die Richtungsabhängigkeit des Elastizitätsmoduls hat zur Folge, daß die Schallgeschwindigkeit längs des Kristalls verschieden ist. Wird daher über sämtliche Geschwindigkeiten integriert, so erhält man die mittlere Schallgeschwindigkeit, aus welcher sich der mittlere Elastizitätsmodul s_m ergibt. Wird für alle Stäbe derselbe Öffnungswinkel 2 α vorgeschrieben, so genügt es natür-Hch, s_m ein für allemal zu bestimmen.

Außer in der in der Abb. ι dargestellten Weise läßt sich der Kristallstab, und das ist sehr wichtig, auch in der Ebene senkrecht zur optischen Achse Z Uus dem Naturquarz herausschneiden, wie in Abb. 2 angegeben ist.

In diesem Fall muß der Stab die Form eines kurzen Zylinders haben, und die Elektroden müssen der Stabkrümmung angepaßt werden.

Für beide Hauptorientierungen kann natür-Hch die Richtung der polaren Achse längs oder quer zur Stabrichtung gewählt werden.

Selbstverständlich braucht die Krümmung des Stabes nicht kreisförmig zu sein; diese Form ist hervorgehoben worden, weil sie bei der praktischen Herstellung keine besonderen Schwierigkeiten bereitet.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Kristall mit tiefen longitudinalen Eigenfrequenzen, insbesondere für Tonfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß er als gekrümmter Stab,

z. B. in der Form eines aufgeschnittenen Kreisringes, aus dem Naturkristall herausgeschnitten ist.

2. Piezoelektrischer Kristall nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse und die Krümmungsradien des gekrümmten Stabes in einer parallel oder senkrecht zur optischen Kristallachse gelegten Ebene liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen