Пьезоэлектрический резонатор

Пьезоэлектрический резонатор, содержащий корпус, выполненный в виде тела вращения с жестко закрепленными на его торцевых гранях выпукло-вогнутыми пьезоэлектрическими пластинами, вогнутые поверхности которых обращены к внутренней области пьезоэлектрического резонатора, и возбуждающие электроды в форме круга, размещенные на выпуклой и вогнутой поверхностях каждой из пьезоэлектрических пластин, отличающийся тем, что, с целью повышения добротности, тело вращения выполнено в форме гиперболоида, а пьезоэлектрические пластины в форме эллипсоидов, при этом радиус r возбуждающего электрода, размещен-- ного на выпуклой поверхности пьезоэлектрической пластины, выбран из выражения

где
r радиус внешнего электрода, м;
с скорость ультразвука в измеряемой жидкости, м/c;
l половина расстояния между центрами вогнутых поверхностей пьезоэлектрических пластин, м;
f частота ультразвуковых колебаний, Гц;
R радиус кривизны вогнутой поверхности пьезоэлектрической пластины в ее центральной области, м, а угол между касательной к образующей гиперболоида и касательной к вогнутой поверхности пьезоэлектрической пластины в радиальном направлении в местах ее крепления к корпусу выбран равным 90°.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в измерительной технике в качестве пьезорезонансного датчика. Цель изобретения
повышение добротности пьезоэлектрического резонатора.
На чертеже представлена конструкция пьезоэлектрического резонатора, поперечный разрез.
Пьезоэлектрический резонатор содержит корпус 1, выпукло-вогнутые пьезоэлектрические пластины 2, 3, возбуждающие электроды 4, 5 и отверстие в корпусе 6 для заполнения внутреннего объема резонатора жидкостью.
Пьезоэлектрический резонатор работает следующим образом. При подаче высокочастотного напряжения на возбуждающие электроды 4, размещенные на выпуклых поверхностях пьезоэлектрических пластин, на резонансной частоте в камере возникают стоячие волны. При плавном изменении частоты возбуждающего напряжения на электродах 5 возникает пик электрического напряжения, который соответствует резонансной частоте пьезоэлектрического резонатора. Измеряя добротность и резонансную частоту, определяют скорость распространения и поглощение ультразвуковых волн в жидкости.
Резонатор позволяет проводить измерения в диапазоне частот, охватывающем шесть октав. На высоких частотах ультразвуковые колебания сосредоточены в области оси симметрии резонансной системы и быстро убывают к краям пьезоэлектрических пластин 2 и 3. При этом область интенсивных колебаний определяется радиусом акустики, за пределом которого амплитуда колебаний экспоненциально убывает, и на краях пьезоэлектрических пластин пренебрежимо мала. Это обеспечивает малые потери на излучение в местах крепления пьезоэлектрических пластин 2, 3 к корпусу и высокую добротность пьезоэлектрического резонатора, которая достигает величины порядка 10⁵. Такая высокая добротность соответствует выбору радиуса r возбуждающих электродов, размещенных на выпуклых поверхностях пьезоэлектрических пластин, из выражения

где r радиус внешнего электрода, м; с скорость ультразвука в измеряемой жидкости, м/с; l половина расстояния между центрами вогнутых поверхностей пьезоэлектрических пластин, м; f частота ультразвуковых колебаний, Гц; R радиус кривизны вогнутой поверхности пьезоэлектрической пластины ее центральной области, м.
Данное выражение соответствует минимальному отношению амплитуды первого побочного колебания к амплитуде основного колебания.
На низких частотах радиус акустики увеличивается и приближается к радиусу пьезоэлектрических пластин 2, 3. Увеличение амплитуды колебаний у боковых стенок корпуса 1 приводит к увеличению отраженной акустической энергии к оси симметрии пьезоэлектрического резонатора. Выполнение же корпуса 1 в форме гиперболоида вращения, у которого внутренние стенки перпендикулярны к внутренним поверхностям в местах ее крепления к корпусу, и выполнение пьезоэлектрических пластин в форме эллипсоидов позволяют исключить отражение квазилучей от внутренней поверхности корпуса 1 и устранить потери на некогерентное излучение. Это приводит к увеличению добротности пьезоэлектрического резонатора на низких частотах в 2-3 раза по сравнению с другими известными устройствами.
Таким образом, пьезоэлектрический резонатор имеет высокую добротность колебаний, что позволяет с его помощью проводить прецизионные исследования акустических параметров жидкостей, измерять малые поглощения в жидкостях и дисперсию распространения ультразвуковых колебаний.
Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в измерительной технике в качестве пьезорезонансного датчика. Изобретение решает задачу повышения добротности пьезоэлектрического резонатора за счет снижения отраженной энергии квазилучей от внутренней поверхности корпуса 1. В пьезоэлектрическом резонаторе корпус 1 выполнен в форме гиперболоида, а выпукло-вогнутые пьезоэлектрические пластины 2, 3 - в форме эллипсоидов. На пьезоэлектрических пластинах 2 и 3 размещены возбуждающие электроды 4 и 5. Для заполнения внутреннего объема резонатора жидкостью в корпусе 1 выполнено отвеpc- тие 6. Радиус r возбуждающего электрода 4 выбран из выражения где r - радиус внешнего электрода, м; с - скорость ультразвука в измеряемой жидкости, м/с; l - половина расстояния между центрами вогнутых поверхностей пьезоэлектрических пластин, м; f- частота ультразвуковых колебаний, Гц; R - радиус кривизны вогнутой поверхности пьезоэлектрической пластины в ее центральной области, м. 1 ил.