Вибратор крутильных колебаний

 

Изобретение относится к области пьезотехники, а именно к пьезоэлектрическим резонаторам. Техническим результатом является улучшение электрических параметров вибратора. Вибратор крутильных колебаний состоит из стержневого пьезоэлемента с электродами и металлическими струнами-токоотводами. Струны-токоотводы размещены в отверстиях торцовых поверхностей пьезоэлемента. Глубина отверстий составляет 0,01-0,1 от длины волны колебаний кручения и продольной осью совпадает с осью крутильных колебаний. Струны-токоотводы жестко зафиксированы в отверстиях. На струнах-токоотводах выполнены участки в виде шейки, на которых жестко зафиксированы отражающие грузы. Расстояние от торца пьезоэлемента до отражающего груза равно 1/4 длины волны рабочего колебания вибратора. 4 ил.

Изобретение относится к области пьезотехники, а именно к пьезоэлектрическим резонаторам, и может быть использовано при конструировании и изготовлении микроминиатюрных пьезоэлектрических резонаторов, предназначенных для применения в узкополостных кварцевых фильтрах, простых и термокомпенсированных микрогенераторах, генераторах с перестройкой частоты и в приборах точного времени.

Известен вибратор крутильных колебаний, выполненный в виде стержневого пьезоэлемента с электродами, снабженный четырьмя струнами-токоотводами, два из которых подсоеденены в центрах двух боковых граней, а два других присоеденены в центре торцовых граней (а.с. СССР 502480, кл. Н 03 Н 9/00, 1972 г. ).

Однако этот вибратор имеет большие габариты и обладает высоким динамическим сопротивлением.

Наиболее близким по техническому решению является вибратор крутильных колебаний, выполненный в виде стержневого пьезоэлемента с электродами и металлическими струнами-токоотводами, размещенными в выполненных на торцовых поверхностях пьезоэлемента отверстиях глубиной 0,01-0,1 от длины волны колебаний кручения и совпадающими продольной осью с осью крутильных колебаний (прототип а.с. СССР 744916, кл. Н 03 Н 9/02, 1974 г.).

Недостатком данного вибратора является электрические параметры, не удовлетворяющие современным требованиям к приборам пьезотехники, а именно недостаточно низкое динамическое сопротивление и неудовлетворительная равномерность температурно-частотной характеристики при использовании вибратора в микрорезонаторах крутильных колебаний.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение электрических параметров вибратора. Достигается это следующим образом.

В предлагаемом вибраторе крутильных колебаний, состоящем из стержневого пьезоэлемента с электродами и металлических струн-токоотводов, размещенных в выполненных на торцовых поверхностях пьезоэлемента отверстиях глубиной 0,01-0,1 от длины волны колебаний кручения и совпадающих продольной осью с осью крутильных колебаний. На струнах-токоотводах имеются участки в виде шейки. На этих участках жестко зафиксированы отражающие грузы, выполняющие роль отражателей энергии акустической волны. Расположение отражающих грузов, в узловых точках колебаний на расстоянии 1/4 длины волны колебаний до торца пьезоэлемента позволяет создать такой режим колебаний, при котором полезная колебательная энергия не будет передаваться в систему крепления струны-токоотвода и держателя корпуса резонатора, что позволит максимально уменьшить утечку энергии волны рабочего колебания и тем самым уменьшить динамическое сопротивление, увеличить добротность вибратора и повысить равномерность температурно-частотной характеристики.

На фиг.1 показан общий вид предложенного вибратора; на фиг.2 - сечение струны-токоотвода; на фиг.3 - варианты выполнения отражательных грузов.

Вибратор крутильных колебаний состоит из стержневого пьезоэлемента 1 с электродами 2 и металлическими струнами-токоотводами 3. Струны-токоотводы 3 размещены в отверстиях 4 торцовых поверхностей пьезоэлемента 1. Глубина отверстий составляет 0,01-0,1 от длины волны колебаний кручения и продольной осью совпадает с осью крутильных колебаний. Струны-токоотводы 3 жестко зафиксированы в отверстиях 4, например, методом пайки припоем ПСрО-10,90. Струны-токоотводы выполнены, например, из фосфористой бронзы ⊘0,15-0,25 мм.

На струнах-токоотводах 3 выполнены участки в виде шейки 5, на которых жестко зафиксированы отражательные грузы 6, например, способом пайки припоем ПСрО-10,90. Отражающие грузы 6 выполнены круглой или прямоугольной формы (фиг. 3) с проделанными в них прямоугольными монтажными пазами 7. Ширина пазов 7 меньше диаметра струн-токоотводов 3, но больше ширины участка шейки 5. Отражающие грузы 3 изготовлены, например, из бронзы БрБ2 толщиной от 0,2 до 0,5 мм. Расстояние от торца пьезоэлемента 1 до отражающего груза 6 равно 1/4 длины волны рабочего колебания вибратора.

Для возбуждения стержневого пьезоэлемента вибратора используют четыре электрода чередующейся полярности, расположенные попарно на гранях и торцах пьезоэлемента. При приложении к ним электрического напряжения возникает поляризация половин стержня в противоположных направлениях и возникает колебание кручения. Использование отражающих грузов на расстоянии 1/4 длины волны колебания до торца пьезоэлемента позволяет уменьшить динамическое сопротивление вибратора на 30% и из-за минимизации утечек энергии колебания получить более высокую равномерность температурно-частотной характеристики. Так, например, у типового резонатора крутильных колебаний на частоту 500 КГц = 1200 Ом, а у предложенного вибратора на эту же частоту = 800 Ом. Изображенные на фиг. 4 кривые температурно-частотных характеристик для типовых резонаторов крутильных колебаний и для предлагаемого вибратора показывают, что в кривой 1 для типовых резонаторов имеются выбросы частоты, что приводит к ухудшению стабильности и срывам частоты, например, при работе таких резонаторов в схемах термокомпенсированных микрогенераторов.

Кривая 2 температурно-частотной характеристики предложенного вибратора имеет более высокую равномерность характеристики и при работе такого вибратора в различных схемах аппаратуры отсутствуют сбои частоты и схемы обладают высокой стабильностью.

Формула изобретения

Вибратор крутильных колебаний, выполненный в виде стержневого пьезоэлемента с электродами и металлическими струнами-токоотводами, размещенными в выполненных на торцовых поверхностях пьезоэлемента отверстиях глубиной 0,01-0,1 от длины волны колебаний кручения и совпадающими продольной осью с осью крутильных колебаний, отличающийся тем, что на металлических струнах-токоотводах имеются участки в виде шейки, на которых установлены жестко зафиксированные отражающие грузы, при этом расстояние от торца пьезоэлемента до отражающего груза равно 1/4 длины волны рабочего колебания вибратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4