Способ определения параметров пьезоэлектрического резонатора

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения резонансных характеристик пьезоэлектрического .резонатора Цель изобретения - повышение точности измерения добротности резонатора и расиирение функциональных возможностей - достигается путем определения частоты последователького резонанса. Па пьезоэлектрический резонатор подают переменное напряжение и измеряют частоты, соответствующие экстремумам потребляемого от источника переменного напряжения тока, а добротность определяют по формуле Q (f, + f4)/2( - f2). Частоты f., f. измеряют при включенной параллельно резонатору емкости Сп, удовлетворяющей условию CeQw7Cn C0QMk2/n2, где С0 - статическая емкость резонатора, добротность пьезоматериала резонатора, k - коэффициент электромеханической связи пьезоматериала резонатора, n 1, 3, 5 ... - номер гармонию возбуждаемого колебания, что повышает точность измерения добротности, а резонансная частота пьезоэлектрического резонатора определяется формулой fp (f t + + fa)/2. 1 ил.Y I (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪБЛИН.,Я0„„16512 щ) С 01 К 29/22

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4494389/21 (22) 12,10.88 (46) 23,05.91, Бюл. "- 19 (72) А.В,Межерицкий (53) 621.317.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 924628, кл, С 01 R 29/22, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1465825, кл. Г 01 R 29/22, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕ30НАТ0РА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения резонансных характеристик пьезоэлектрического .резонатора. Цель изобретения — повышение точности измерения добротности резонатора и расщирение функциональных возможностей — достигается путем определения частоты последовательИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения резонансных характеристик пьезоэлектрического резонатора (ПР).

Целью изобретения является повынение точности определения добротности и расширение функциональных возможностей за счет определения частоты последовательного резонанса.

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

Y -Q3Cî iA+ В(г 1, ) (1) 1 . У

1+у г 1+у

2 ного резонанса. Па пьезоэлектрический резонатор подают переменное напряжение и измеряют частоты, соответствующие экстремумам потребляемого от источника переменного напряжения тока, а добротность определяют по формуле Q = (f 4 + <2) /2(f g Е2)

Частоты f,, f измеряют при включенной параллельйо резонатору емкости

С, удовлетворяющей усл овию С Q ® y С„> С Q k /n- где ф— статическая емкость резонатора, О,щ- добротность пьезоматериала резонатора, k — коэффициент электромеханической связи пьезоматериала резонатора, n = 1, 3, 5 ... — номер гармоники возбуждаемого колебания, что повынает точность измерения добротности, а резонансная частота пьезоэлектрического резонатора определяется формулой f. = (f< +

+ f<)/2. 1 ил ° где Сц — статическая электрическая емкость ПР; у = 2Я(Е/f - 1) — обобщенная частотная расстройка;

Я = 2pf - круговая (текущая) частота

А = 1 — ЬК + Сп/С о — коэффициент;

В = 2аКг Q — коэффициент;

t(— коэффициент электромеханической связи пьезоматериала (КЭт.тС) р

2 а = фД n — коэффициент;

=,1 -а — коэффициент; и = 1,3,5 °, ° — номер исследуемой

r армоники;

1651246

10 (2) . I

4 Г = О

P гЯ 2 (3) где р = В/A..

Из (3) получим (8) c (cd

20,) (4) откуда следует

Кг

Сг,qy гСп) Сойм г о мпг (9) 25 (5) о

35

f, f2 1

f1 + — — ь 2, fP (6) Co)q

50 х же ЯЖ (7) 55

+ д)/ ь

1 — резонансная добротность ПР (q > 0м) .:

Си — электрическая емкость, параллельная ПР;

5 — собственная резонансная частота ПР, Из (1) определяем модуль проводимости fYf и из условия определяем две частоты, соответствуюцие экстремумам модуля проводимости

ПР:

К 1 1 (a1eq) г

7 7

f, + йг аКг

= — — т

Проведем анализ полученных выражений (4) и (5), Пр С /С - О f, — f, ) f, — f независимо от добротности Я, т,е, частоты f I u f являются резонансной

f P и антирезонансной Е частотой ПР.

При С,/С, .r QKг а т.е. разность частот f< и f<, соот40 ветствуюцих экстремумам модуля проводимости ) YI определяется резонансной добротностью Q HP, a резонансная частота ПР f P определяется средним арис)метическим между fI и Гг. Из (4) следует, что при Сп/С„ аКг Π— 51 + P 08(< Q

P т,е. соотношение (= f /(f справедливо с точностью не

IlPH

Кг

c„ r.,— г2Q и, как следует из (5) . (f

Й 2 + p,4/q, т.е. соотношение (+ f ) /2 справедливо с точностью не хуже 0,2/ при О > 100. Полученная оценка показателя точности Г>7, для резонансной добротности и 0,2". для резонансной частоты удовлетворяет нормативной величине (соответственно 12", и 0,4_#_).

Однако при С - сю становится не п возможным измерение экстремальных частот f и f, поскольку амплитудночастотная характеристика (АЧХ) принимает вид прямой линии, Поэтому изменение провотцлмости емкости С и в пределах измеряемых частот f и f< не

1 должно превьпчать собственной емкости проводимости ГР, Это условие, характеризующее переход АЧХ к прямой линии, может быть выражено н виде

Следует отметить, что КЭИС К пьезоматериала HP ïïÿ исследуемого типа колебаний может быть определен как по справочннм данным, так и непосредственно по характеристикам исследуемой гармоники заданного типа колебаний . по соотношению Кг/пг 2hfII/fp, где

/fan = f — f — собственный (без подключенной емкости) резонансный промежуток ПР исследуемой и-й гармоники.

В критерии (7) эа величину добротности может быть взята нормативная величина добротности q пьезоматериаМ ла либо оценка прелдложенным способом методом последовательных приближений по параметру С„/С

На чертеже показана качественная зависимость значений частот, измеряемых по экстремумам модуля проводимости HP. При C„ = О измеряемые частоты соответствуют резонансной fP и антирезонансной f частотам ПР, причем резонансный промежуток fg — f определяется КЭИС К. При увеличении параллельной емкости Ср значения измеряемых частот измейяются и при

С„/С 7 I(q /n стремятся к IocTGIIHным значениям fI и f<, причем разность частот f<- f, определяется резонансной добротностью Q ПР, а их полусумма равна резонансной частоте

КР ПР.

Повьппение точности определения резонансной добротности ПР обусловлена различием величин резонансной

5 165 (и антирезонансной (1,1 добротности, степень этого различия может достигать 2 раз.

Формула изобретения

Способ определения параметров пьезоэлектрического резонатора, заключают(ийся в подаче на резонатор переменного напряжения, изменении частоты подаваемого напряжения, измерения частот f1, f<, соответствуюпух экстремальным значениям тока, потребляемого от источника переменного напряжения, и вычисление добротности резонатора по Аормуле

q = (f + fz)/2(f, Гг) отлич ающийс я тем, что, с целью повышения точности определения добротности и расширения функциональных воэможностей эа счет измерения частоты последонательного резо1246

С()м С я ) СоО„,К /п статическая емкость резонатора; добротность пьеэоматериала резонатора; коэААициент электромеханической связи пьеэоматериала резонатора;

1,3,5... — номер гармоники возбужпаемого колебания, а частоту последовательного резонанса определяют по фор-. муле г"е Сo

10 ()м (f 1 + f<)/2, нанса, измерение частот f.< и f < производится при условии, что параллельно резонатору включена емкость Сп

У

5 величина которой удовлетворяет неравенс тну