SU1651246A1 - Способ определени параметров пьезоэлектрического резонатора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  резонансных характеристик пьезоэлектрического .резонатора Цель изобретени  - повышение точности измерени  добротности резонатора и расиирение функциональных возможностей - достигаетс  путем определени  частоты последователького резонанса. Па пьезоэлектрический резонатор подают переменное напр жение и измер ют частоты, соответствующие экстремумам потребл емого от источника переменного напр жени  тока, а добротность определ ют по формуле Q (f, + f4)/2( - f2). Частоты f., f. измер ют при включенной параллельно резонатору емкости Сп, удовлетвор ющей условию CeQw7Cn C0QMk2/n2, где С0 - статическа  емкость резонатора, добротность пьезоматериала резонатора, k - коэффициент электромеханической св зи пьезоматериала резонатора, n 1, 3, 5 ... - номер гармонию возбуждаемого колебани , что повышает точность измерени  добротности, а резонансна  частота пьезоэлектрического резонатора определ етс  формулой fp (f t + + fa)/2. 1 ил.Y I (Л

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  резонансных характеристик пьезоэлектрического резонатора (ПР).

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  добротности и расширение функциональных возможностей за счет определени  частоты последовательного резонанса.

Выражение дл  проводимости Y пьезоэлектрического резонатора (ПР) с параллельно включенной емкостью С имеет вид

У CPCn iA +

1

льх

ыса .

ьезопаиме (1)

где С0 - статическа  электрическа  емкость ПР;

У 2Q(f/fp- 1) - обобщенна  частотна  расстройка;

СО 2 ii f - кругова  (текуща ) частота}

А 1 - ЪК2 + СП/С0- коэффициент;

В 2aK2Q - коэффициент;

К - коэффициент электромеханической св зи пьезоматериала (КЯТС);

Ј 4Лп2 - коэффициент;

b ,1-a - коэффициент;

n 1,3,5... - номер исследуемой 1 гармоники;

з :л

ND Ј ЗЭ

Q - резонансна  добротность ПР

«Р .

Сп - электрическа  емкость, параллельна  ПР; fp - собственна  резонансна  час тота ПР.

Из (1) определ ем модуль проводимости fYt и из услови 

Yf I . О

определ ем две частоты, соответствующие экстремумам модул  проводимости ПР:

Ча

-

)2 + 1

не хуже 0,2% при ()0. Полученна  оценка показател  точности 8% дл  резонансной добротности и .0,2% дл  резонансной частоты удовлетвор ет нормативной величине (соответственно 12% и 0,4%).

Однако при С,

оо становитс  не

возможным измерение экстремальных JQ частот f и f g , поскольку амплитудно- частотна  характеристика (АЧХ) принимает вид пр мой линии. Поэтому изменение проводимости емкости Сп в пределах измер емых частот f . и f He |с должно превышать собственной емкости проводимости IIP, Это условие, характеризующее переход АЧХ к пр мой линии, может быть выражено в виде

где р В/А. Из (3) получим

I ft - fa/, 1 Г

fp Q L

2 + -.

(1 - ЬКа+С аК2

(4

1 - ЬК2 + СП/С

(5

о °о

f. fa. fP

Проведем анализ полученных выражений (4) и (5).

При Cn/C0- 0 (f, - fp независимо от добротности Q, т.е. частоты f, и f  вл ютс  резонансной fp и антирезонансной f частотой ПР. При Cn/C0 QK2a

,1 и ll-f1 -2- (6)

fpQip

т.е. разность частот f,, и f2 , соответствующих экстремумам модул  проводимости |Y(, определ етс  резонансной добротностью Q ПР, а резонансна частота ПР fp определ етс  средним арифметическим меаду f и f. Из (4) следует, что при СП/С0 $: аК20

|.ц ,. о,о8(У-: Р &,..

т.е. соотношение Q fp/|f -fz справедливо с точностью не хуже 8% при

Cn7C0 Q(7)

и, как следует из (5), (f + f)/fp

2 + 0,4/Q, т.е. соотноыение fp

(f, + fr)/2 справедливо с точность

20

:n coV

(8)

откуда следует

(4)

К2

V M cn coQMna

(9)

25

30

35

ю50

55

Следует отметить, что КЭИС К пьезо- материала ПР дл  исследуемого типа колебаний может быть определен как по справочным данным, так и непосредственно по характеристикам исследуемой гармоники заданного типа колебаний по соотношению К2 /n2 Z- 2Afa/fp, где ДЈд fa - fp - собственный (без подключенной емкости) резонансный промежуток ПР исследуемой n-й гармоники.

В критерии (7) за величину добротности может быть вз та нормативна  величина добротности QM пьезоматериа- ла либо оценка предложенным способом методом последовательных приближений по параметру СП/С0.

На чертеже показана качественна  зависимость значений частот, измер емых по экстремумам модул  проводимости ПР. При С,, 0 измер емые частоты соответствуют резонансной fp и антирезонансной f- частотам ПР, причем резонансный промежуток fa-f определ етс  КЭМС К. При увеличении параллельной емкости Ср значени  измер емых частот измен ютс  и при стрем тс  к посто нным значени м Ј к f%, причем разность частот f, определ етс  резонансной добротностью QПР, а их полусумма равна резонансной частоте fp ПР.

Повышение точности определени  резонансноГт добротности ПР обусловлено различием величин резонансной

Qp и антирезонансной Q добротности, cienenb этого различи  может достигать 2 раз.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  параметров пьезоэлектрического резонатора, за- ключакнчийс  в подаче на резонатор переменного напр жени , изменении частоты подаваемого напр жени , измерени  частот f( , f, соответствующих экстремальным значени м тока, потребл емого от источника переменного напр жени , и вычисление добротности р езонатора по формуле

   Q (f, + fz)/2(f, - fz).

   отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  добротности и расширени  функциональных возможностей за счет измерени  частоты последовательного резо12466

   нанса, измерение частот f, и f производитс  при условии, что параллельно резонатору включена емкость Сп в елотч ша которой удовлетвор ет неравенству

   С.

   M cn coQ K2/n2,

   где Се - статическа  емкость резонатора;

   Q - добротность пьезоматериала резонатора;

   К - коэффициент электромеханической св зи пьезоматериала резонатора;

   л 1,3,5... - номер гармоники возбуждаемого колебани , а частоту последовательного резонанса определ ют по формуле

   fp (f.

   + fe)/2,

   «