DE664983C

DE664983C - Oscillator or resonator designed as a piezoelectric crystal with low radiation damping

Info

Publication number: DE664983C
Application number: DET41490D
Authority: DE
Inventors: Hans Otto Roosenstein; Dr Wilhelm Runge
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1932-10-13
Filing date: 1932-10-13
Publication date: 1938-10-01
Also published as: GB447665A; US2077204A; US2161980A

Description

Als piezoelektrischer Kristall ausgebildeter Oszillator oder Resonator mit geringer Strahlungsdämpfung Es hat sich beim praktischen Betriebe mit piezoelektrischen Oszillatoren und Resonatoren herausgestellt, daß dieselben meistens über ihre Unterstützungspunkte eine beträchtliche Energiemenge an ihre Umgebung verlieren. Da hierdurch meist eine unverwünschte Dämpfungserhöhung der Schwingungen herbeigeführt wird, werden bekanntlich die Unterstützungspunkte derartiger Systeme in die Bewegungsknoten der gewünschten Frequenz gelegt. Diese Unterstützungsmethode stößt aber auf mechanische Schwierigkeiten, weil es schwer ist, die Unterstützungsstelle mit hinreichender Genauigkeit mit dem Bewegungsknoten' zusammenfallen zu lassen. Außerdem ist in den meisten Fällen die Bewegung in den Knoten zwar ein Minimum, aber nicht gleich Null. Wird der Oszillatör an diesen Stellen unterstützt, z. B. eingeklemmt oder auf Messerschneiden gelagert, so tritt durch diese Auflagerung leicht eine beträchtliche Dämpfungserhöhung auf.Oscillator or resonator designed as a piezoelectric crystal with low radiation attenuation It has proven itself in practical operations with piezoelectric Oscillators and resonators found the same mostly through their support points lose a considerable amount of energy to their surroundings. Since this usually results in a undesired increase in damping of the vibrations is brought about, are known the support points of such systems in the movement nodes of the desired Frequency placed. However, this support method encounters mechanical difficulties, because it is difficult to get the support center with sufficient accuracy with the To let motion nodes' coincide. Also, in most cases, the Movement in the nodes is a minimum, but not zero. Becomes the oscillator supported at these points, e.g. B. trapped or stored on knife edges, a considerable increase in attenuation easily occurs as a result of this superposition.

Gemäß der Erfindung, die einen als piezoelektrischen Kristall ausgebildeten Oszillator oder Resonator mit geringer Strahlungsdämpfung, also z. B. keinen Unterwasserschalkender betrifft, werden diese Energieverluste dadurch auf ein Minimum beschränkt, daß der eigentliche, die gewünschten Schwingungen vollführende Schwingkörper mit seinem von den Schwingungen zu entlastenden, gegebenenfalls aus gleichem Material bestehenden Träger in oder in der Nähe einer neutralen Zone der Schwingbewegung starr verbunden ist, und daß der Träger hinsichtlich seiner elastischen Eigenschaften im Vergleich mit dem Schwingkörper weichfedernd ausgebildet ist. Unter weichfedernd soll hier verstanden werden, daß die elastischen Eigenschaften des Trägers andere sind als die des eigentlichen Schwingkörpers. Man kann den erwähnten Träger z. B. dadurch im Vergleich zu dem Schwingkörper weichfedernd ausbilden, daß man seine Dicke hinreichend klein gegenüber der Dicke des Schwingkörpers wählt. Dadurch, daß der Träger entweder starr mit dem Schwingkörper verbunden ist oder daß Träger und Schwingkörper aus einem Stück gleichen Materials bestehen, werden die Verluste, die durch Prellungen zwischen diesen beiden Teilen entstehen, eliminiert, während an der Übergangsstelle zwischen dem eigentlichen Schwingkörper und seinem Träger infolge des sich hier plötzlich verändernden elastischen Wellenwiderstandes eine fast totale Reflexion der Schwingungen auftritt. Diese verhindert, daß sich die elastische Schwingenergie in beträchtlichem Maße vom Oszillator auf die Unterstützung fortpflanzt. Es ist bekannt, einen Kristall auf eine Glimmerscheibe aufzukleben und die Glimmerscheibe an ihren Rändern zu haltern. Dies würde zwar auch eine starre Verbindung zwischen Schwingkörper und Träger bedeuten, die Verbindung erfolgt jedoch an einem Gebiet des Schwingkörpers, wo er in größter Bewegung ist und wo die Schwingung alsg3 durch die Glimmerplatte in höchstem Maße gedämpft wird. Demgegenüber befindet sr@ die starre Verbindung gemäß einem Merkmä.. der Erfindung in einer neutralen Zone der" Schwingbewegung, also etwa in der Mittelebene des Kristalls.According to the invention, the one designed as a piezoelectric crystal Oscillator or resonator with low radiation attenuation, so z. B. no underwater scarfender concerns, these energy losses are kept to a minimum that the actual, the desired vibrations carrying out vibrating body with his to be relieved of the vibrations, possibly made of the same material Beams rigidly connected in or near a neutral zone of the oscillating movement is, and that the carrier in terms of its elastic properties in comparison is designed to be soft-resilient with the oscillating body. Under soft spring is supposed to be here it will be understood that the elastic properties of the wearer are other than that of the actual oscillating body. You can use the mentioned carrier z. B. thereby In comparison to the vibrating body, train it to be soft-resilient so that its thickness is sufficient selects small compared to the thickness of the vibrating body. By the fact that the carrier either is rigidly connected to the vibrating body or that carrier and vibrating body from consist of a piece of the same material, the losses will be caused by bruises arise between these two parts, eliminated while at the transition point between the actual oscillating body and its carrier as a result of the here suddenly changing elastic wave resistance an almost total reflection the vibrations occurs. This prevents the elastic vibration energy propagates to a considerable extent from the oscillator to the support. It is known to stick a crystal on a mica disk and the mica disk to hold at their edges. While this would also create a rigid link between Vibrating body and carrier mean however, the connection is established at an area of the vibrating body where it is in the greatest motion and where the vibration alsg3 is attenuated to the highest degree by the mica plate. Opposite is located sr @ the rigid connection according to a feature of the invention in a neutral Zone of the "swinging movement", thus roughly in the middle plane of the crystal.

An Hand der Abbildungen soll die Erfindung näher beschrieben werden. In Abb. i ist der eigentliche Quarzoszillator 0 beispielsweise als kreisförmige Scheibe gedacht, deren Träger aus einer dünnen kreisförmigen Scheibe U besteht, welche mit dem Kristall starr verbunden ist. An der Übergangsstelle zwischen dem Schwingkörper und dem Träger besteht eine Verjüngung, die möglichst scharf sein soll, damit die Reflexion der Schwingungen an dieser Stelle begünstigt wird. Auf jeden Fall ist es anzustreben, daß die Abmessungen der Länge der übergangsstelle vom Schwingkörper auf den Träger klein gegenüber der Wellenlänge der elastischen Schwingungen im Material des Schwingkörpers sind.The invention is to be described in more detail with the aid of the figures. In Fig. I the actual crystal oscillator 0 is, for example, as circular Disc, the support of which consists of a thin circular disc U, which is rigidly connected to the crystal. At the transition point between the The vibrating body and the carrier are tapered, which should be as sharp as possible should, so that the reflection of the vibrations is favored at this point. on In any case, the aim should be that the dimensions of the length of the transition point from the vibrating body to the carrier is small compared to the wavelength of the elastic There are vibrations in the material of the vibrating body.

Eine besonders einfache Art der Ausführung erhält man dadurch, daß der Schwingkörper zusammen mit seinem unmittelbaren Träger aus einem Block gleichen Materials geschnitten wird. Durch die vollkommene Beseitigung von Energieverlusten in den Verbindungsmaterialien zwischen dem Schwingkörper und dem Träger wird hierdurch eine weitere Verminderung der Dämpfung erzielt. Besonders vorteilhaft ist es, die Übergangsstelle des Schwingkörpers zu seinem unmittelbaren Träger in eine Zone zu legen, die mit den Bewegungsknoten (neutrale Zone) der elastischen Schwingung möglichst gut zusammenfällt.A particularly simple type of execution is obtained in that the oscillating body and its immediate support are the same from one block Material is cut. By completely eliminating energy losses in the connection materials between the vibrating body and the carrier is thereby a further reduction in attenuation is achieved. It is particularly advantageous that the Transition point of the vibrating body to its immediate carrier in a zone place that with the movement node (neutral zone) of the elastic oscillation as possible coincides well.

Schließlich kann die noch restliche, nach außen abwandernde Energie durch nochmalige Wiederholung einer Änderungsstelle der elastischen Eigenschaften des Trägers zum Schwingkörper zurückreflektiert werden. Eine derartige Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt. Der eigentliche Schwingkörper besteht wieder aus der kreisförmigen Kristallplatte 0, die mit ihrem unmittelbaren Träger R1, R., Z1, Z_ aus einem Ouarzblock geschnitten ist. Der Träger besteht in diesem Fall aus einem oder mehreren konzentrischen Ringen R1, R2 usw., getrennt durch dünne Zwischenringe Z1, Z= usw. Die den Oszillator anregenden Elektroden El und E. sind zweckmäßigerweise in geringer Entfernung von der Quarzplatte aufgestellt. Die Wirkungsweise dieser Aufhängung ist tiun derart, daß die geringe Bewegung, die von dem Schwingkörper 0 auf .den Zwischenring Z, übertragen wird, an der x ergangsstelle von Z1 und R1 fast vollstänzum Schwingkörper O zurückreflektiert *ird. Sofern dies nicht der Fall ist, tritt eine "äußerst geringe Bewegung des Ringes R1 auf, die sich auf den Zwischenring Z1 überträgt und an .der Übergangsstelle von Z. und R., wieder vollständig von R, reflektiert wird-. Von der übertragenen Schwingungsenergie gelangt also nur noch ein äußerst geringer Bruchteil an den Ring R2. Bei geeigneter Dimensionierung ist diese Energie so klein, daß die Unterstützung des Ringes R2, z. B. auf die Messerschneide 117, auf die Dämpfung des Schwingkörpers 0 ohne merklichen Einfluß ist.Finally, the remaining, outwardly migrating energy can by repeating a point of change in the elastic properties of the carrier are reflected back to the vibrating body. Such an arrangement is shown in Fig. 2. The actual oscillating body again consists of the circular crystal plate 0, which with its immediate support R1, R., Z1, Z_ is cut from a block of Ouarz. The carrier in this case consists of one or several concentric rings R1, R2 etc., separated by thin intermediate rings Z1, Z = etc. The electrodes E1 and E which excite the oscillator are expedient placed at a short distance from the quartz plate. How this works Suspension is done in such a way that the slight movement caused by the oscillating body 0 on .den intermediate ring Z, is transmitted at the x exit point of Z1 and R1 is almost completely reflected back around the oscillating body O. If this is not the case is, there is "an extremely small movement of the ring R1, which affects the intermediate ring Z1 transmits and at the transition point from Z. and R., again completely from R, is reflected-. From the transmitted vibration energy only comes an extremely small fraction of the ring R2. If dimensioned appropriately, this energy is so small that the support of the ring R2, e.g. B. on the knife edge 117, on the damping of the vibrating body 0 has no noticeable influence.

Die noch vorhandene Dämpfung eines solchen Oszillators wird für einen beträchtlichen Bruchteil verursacht durch die Reibung mit dem Gase, das den Oszillator umgibt. Es ist deshalb von Vorteil, den Oszillator in bekannter Weise in einem luftverdünnten Raum zu verwenden.The remaining damping of such an oscillator is for one sizeable fraction caused by the friction with the gases that run the oscillator surrounds. It is therefore advantageous to use the oscillator in a known manner in an air-diluted Space to use.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Oscillator designed as a piezoelectric crystal or resonator with low radiation attenuation, characterized in that the actual, the desired vibrations carrying out vibrating body with his to be relieved of the vibrations, possibly made of the same material Beams rigidly connected in or near a neutral zone of the oscillating movement is, and that the carrier in terms of its elastic properties to the vibrating body Is designed to be soft-resilient.

2. oscillator or resonator according to claim i, characterized characterized in that the length of the transition point from the actual vibrating body to its immediate carrier small compared to the wavelength of the elastic oscillations is in the material of the actual vibrating body.

3. Oscillator or resonator after Claim i, characterized in that the oscillating body and carrier are made in one piece consist of the same material. q .. oscillator or resonator according to claim i, characterized characterized in that the carrier is made up of an alternating sequence of zones of different elastic properties.