Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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共鳴周波数の決定


AC 電界にさらされると、圧電セラミック要素は、電界のサイクル周波数で周期的に寸法を変化させます。セラミック素子が最も振動しやすく、入力された電気エネルギーを機械エネルギーに最も効率的に変換する周波数が共振周波数です。

要素の応答のパターンを図 1.8 に示します。サイクリングの頻度が高くなると、エレメントの振動は最初にインピーダンスが最小になる周波数 (最大アドミタンス) に近づきます。この最小インピーダンス周波数 fm は、直列共振周波数 fs に近似します。これは、機械的損失によって引き起こされる抵抗を無視した場合に、要素を表す電気回路のインピーダンスがゼロになる周波数です。最小インピーダンス周波数も共振周波数 fr です。セラミック材料の組成とエレメントの形状と体積によって共振周波数が決まります。一般に、同じ形状のエレメントが厚いほど、共振周波数は薄いエレメントよりも低くなります。

サイクル周波数がさらに増加すると、インピーダンスは最大 (最小アドミタンス) まで増加します。最大インピーダンス周波数 fn は、並列共振周波数 fp に近似します。これは、機械的損失によって生じる抵抗を無視した場合に等価電気回路の並列抵抗が無限になる周波数です。最大インピーダンス周波数も反共振周波数 fa です。要素からの最大応答は、fm と fn の間のポイントになります。
最小インピーダンス周波数 fm および最大インピーダンス周波数 fn の値は、測定によって決定できます。図 1.10 は、これらの値を確認するために設計されたシステムを示し、手順をまとめています。

インピーダンスと共振周波数 サイクル周波数の関数としてのインピーダンス
セラミック素子の振動は、最初に、素子が最も振動しやすく、最も効率的に電気エネルギーを機械エネルギーに変換する最小インピーダンス周波数 (fm ) / 共振周波数 (fr ) に近づきます。サイクル周波数がさらに増加すると、インピーダンスは最大インピーダンス周波数 (fn ) / 反共振周波数 (fa) まで増加します。



手順:
スイッチをAにします。
セラミック エレメントを所定の位置に配置します。
周波数発生器を調整して、電圧計に最大電圧値を表示します。この値が共振周波数です。
スイッチをBにします。
R4 を調整して、電圧計の電圧値がステップ 3 の値に等しくなるようにします。この値はインピーダンス共振 (Zr) です。
スイッチをAにします。
周波数発生器を調整して、電圧計の最小電圧値を示します。この値が反共振周波数です。


fm と fn を使用して、電気機械結合係数 k を計算できます。 k は、振動モードとセラミック エレメントの形状に依存します。セラミック プレート、ディスク (厚さに対して表面の寸法が大きい)、またはロッドの k と fm および fn の関係は次のとおりです。

プレートの結合係数 / k31*


( π /2 )( f n /f m ) tan[( π /2 )( f n -f m ) /f m )]

K 31 2 =---------------------------------------------- ---------

1+( π /2 )( f n /f m ) tan[( π /2 )( f n -f m ) /f m )]



* 偏光方向に平行な電界、
分極方向に垂直な誘導ひずみ

ディスクの結合係数 / kp**


K p ≒√[(2.51(f n -f m )/f n -(f n -f m )/f n 2 ]


** 偏光方向に平行な電界、
同じ方向の誘導ひずみ

ロッドの結合係数 / k33***


K 33 2 =( π /2 )( f n /f m ) tan[( π /2 )( f n -f m ) /f n ]



*** 偏光方向に平行な電界、
同じ方向の誘導ひずみ

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Sun Zhaohai

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