DE2035585A1 - Piezoelectric thickness oscillator - Google Patents
Piezoelectric thickness oscillatorInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
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- H03H9/177—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of the energy-trap type
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Description
Λ'- -^ι-ί-ϊΓ:;!.';.::,· J·G1LCEiLAi^tNFABRIEKEN PHH.Λ'- - ^ ι-ί-ϊΓ:;!. ';. ::, J G 1 LCEiLAi ^ tNFABRIEKEN PHH.
Akia. pHft_ 4233 Ve/RV.Akia. pH ft_ 4233 Ve / RV.
Anmeldung vom: /-jg.. Juli 1970 ,Registration from: / -jg .. July 1970,
Die Erfindung bezieht sich auf einen Biokenschwinger aus piezoelektrischem Material mit einem elektromechanischen Kopplungekoeffizienten K> O( 15 in Fons eines scheibenförmigen Körpers, dessen Stirnflächen mit Anstosselektroden versehen sind·The invention relates to a biochar oscillator made of piezoelectric material with an electromechanical coupling coefficient K> O ( 15 in the form of a disk-shaped body, the end faces of which are provided with contact electrodes.
Derartige Schwinger werden vielfach zum Filtern elektrischer " Signale verwendet«Such transducers are often used to filter electrical " Signals used «
Unter "Dickenschwinger" ist hier zu verstehen, dass die Dickenabmessung - somit die kürzeste Abmessung - des scheibenförmigen Körpers im wesentlichen die Resonanzfrequenzen der mechanischen Schwingungen bestimmt. Dabei kann der scheibenförmige Körper übrigens eine kreisförmig«, ringförmige oder rechteckige Gestalt aufweisen. Ferner sind unterschiedliche Schwingungemodi möglich, die an Hand der Figurbeschreibung nSher erlSutert werden» und zwar Diokenschermodus (thickness-"Thickness oscillator" is to be understood here that the Thickness dimension - thus the shortest dimension - of the disk-shaped Body essentially determines the resonance frequencies of the mechanical vibrations. Incidentally, the disc-shaped body can be a circular, ring-shaped or rectangular shape. Further different vibration modes are possible, which are explained using the figure description »namely Diokenschermodus (thickness-
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shear mode) mit etwaigen Torsionscharakter (thickness twist mode), Dickendilatationemodus (thickness extension or compression mode) und Dicken-Radialschermodus (thickness radial shear mode). Für Jeden dieser Schwingungsmodi soll ein zugehöriger Wert des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten K (der als die Quadratswurzel aus dem Verhältnis zwischen der erzeugten mechanischen Schwingungsenergie und der Über die Anstoseelektroden zugeführten elektrischen Schwingungeenergie) berücksichtigt werden, während ferner noch ein Faktor A zu berücksichtigen ist, dessen Bedeutung aus Nachstehendem hervorgeht. Die Massnahme nach der Erfindung kann bei jedem Dickenschwinger, der in einem dieser genannten Schwingungsmodi betrieben wird, vorteilhaft angewendet werden.shear mode) with any torsion character (thickness twist mode), thickness extension or compression mode and thickness radial shear mode. For each of these oscillation modes, an associated value of the electromechanical coupling coefficient K (which is defined as the square root of the ratio between the generated mechanical vibration energy and the electrical vibration energy supplied via the push electrodes) while a factor A must also be taken into account, its The meaning is evident from the following. The measure according to the invention can be used advantageously for any thickness oscillator that is operated in one of these oscillation modes.
Es ist bekannt, dass Dickenschwinger in der Nähe ihrer Resonanz immer eine spezifische Frequenz (die sogenannte Reihenresonanz) aufweisen, wobei die elektrische Impedanz des als Filter geschalteten piezoelektrischen Körpers einen Mindestwert erreicht, und dass derartige Schwinger ausserdem eine hohe spezifische Frequenz (die sogenannte Parallelresonanz) aufweisen, bei der die Impedanz einen Höchstwert erreicht. Auch ist bekannt, dass Dickenschwinger ausser im Grundton auch in vielen unharmonischen ObertSnen (inharmonic overtonesX schwingen kSnnen, was meistens unerwünscht ist.It is known that thickness oscillators always have a specific frequency near their resonance (the so-called series resonance) have, wherein the electrical impedance of the piezoelectric body connected as a filter reaches a minimum value, and that such In addition, transducers have a high specific frequency (the so-called parallel resonance) at which the impedance reaches a maximum value. It is also known that thickness oscillators in addition to the keynote also in many Inharmonic overtones (inharmonic overtonesX can swing what is mostly undesirable.
Der gegenseitige Abstand der Reihen- und Parallelresonanz wird im wesentlichen durch die GrSese des Kopplungekoeffizienten K bestimmt. Bei den bekannten Schwingquarzen ist dieser elektroaeohanische Kopplungskoeffizient klein (K~7.1O~ ) und infolgedessen1 !uch der Abstand zwischen der Reihen- und der Parallelresonanz klein. FQr eine Anzahl Anwendungen von Dickenschwingern ist dies unerwünschteThe mutual spacing of the series and parallel resonance is essentially determined by the size of the coupling coefficient K. In the known quartz resonators is this elektroaeohanische small coupling coefficient (K ~ ~ 7.1O) and consequently one! Uch the distance between the series and the parallel resonance small. This is undesirable for a number of thickness transducer applications
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-3- PHN. 4235.-3- PHN. 4235
riallen, vie z.B. Erdalkalititanat, Bleititanat und Bleititanatzirkonat, die durch eine reaanente Polarisation einen hohen elektromechaniechen Koprlungekoeffizienten erhalten (,K >0,15), damit ein gröeserer Abstand zwischen den genannten Resonanzen erzielt wird. Dies bringt aber auoh ungünstige Folgen mit sich. Eine Anzahl der 'inharmonischen ObertBne, die bei wuarz-Dickenschwingern bei einer die Parallelresonanz überschreitenden Frequenz liegen, kommen bei den erwähnten Materialien mit hohem KopplungsKoeffizienten zwischen der Reihen- und Parallelresonanz zu liegen. Lies hat unerwünschte Verzerrungen der Impedanzkennlinie des Dickenschwin- *era zur Folge.rings, such as alkaline earth titanate, lead titanate and lead titanate zirconate, which have a high level of electromechanical properties due to reactive polarization Get coupling coefficients (, K > 0.15), thus a larger distance between the mentioned resonances is achieved. However, this also has unfavorable consequences. A number of the 'inharmonic overtones that in the case of wuarz thickness transducers lie at a frequency exceeding the parallel resonance, the materials mentioned with high coupling coefficients come to lie between the series and parallel resonance. Lies has undesirable distortions in the impedance characteristic of the thickness * what result.
Die Erfindung hat den Zweck, dieae Verzerrung der Impedanzkennlinie zu vermeiden, indem unharmonische ObertBne unterdrückt werden*The invention has the purpose of avoiding the distortion of the impedance characteristic curve by suppressing inharmonic harmonics *
Bei den bisher in der Literatur beschrieben·!) Verfahren zur Unterdrückung unerwünschter Unharmonischer bei Dickenschwingern handelte es sich stets um Dickenschwinger, deren piezoelektrischer KSrper einen kleinen Kopplungskoeffizienten K aufweist, wie tickenschwinger, bei denen ale piezoelektrisches Material Quarz verwendet wird. Die Unterdrückung aer Unharmonischen wird dabei durch passende Wahl der Elektrodenabmessun- | gen und - Masse in bezug auf die Abmessungen des piezoelektrischen Körpers erreicht. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Anbringen einer zusatzlichen Masse auf den Elektroden eine derart grosse Verstimmung des innerhalb der Elektroden (des Innengebietes) liegenden Teiles des piezoelektrischen Körpers in bezug auf den ausserhalb der Elektroden (des Aussengebietee) liegenden Teil auftreten kann, dass ein selektiver Energieeinfang für den Grundton erhalten wird, wlhrend dieser Energieeinfang für die unharmonischen ObertSne nicht auftritt. Entscheidend für diesen Energieeinfang ist die Grenzfrequenz f des Auesengebietee.In the case of the ·!) Procedures for Suppression of undesirable inharmonics acted in thickness vibrators it is always a thickness oscillator whose piezoelectric body creates one has small coupling coefficients K, such as tick oscillators, in which All piezoelectric material quartz is used. The oppression The inharmonics are determined by a suitable choice of the electrode dimensions gen and mass in relation to the dimensions of the piezoelectric body achieved. This process is based on the knowledge that the Attaching an additional mass to the electrodes is such a large one Detuning of the inside of the electrodes (the inner area) Part of the piezoelectric body with respect to the part lying outside the electrodes (the outer area) can occur that a selective energy capture is obtained for the fundamental tone, while this energy capture does not occur for the inharmonic overtones. Decisive for this energy capture is the cutoff frequency f of the Auesengebietee.
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Diese Qrenzfrequenz f ist meistens die Resonanzfrequenz des Grundtonee einer Dickenschwingung dieses Aussengebietes, wobei angenommen wird, dass dieses Gebiet unendlich ausgedehnt ist. Der selektive Energieeinfang ist auf die Erscheinung zurückzuführen,,dass Resonanzen mit einer Frequenz niedriger als f dadurch verstärkt werden, dass di® Energie dieser Resonanzen zwischen den Elektroden dauernd eingefangen wird, während ResonanzenThis limit frequency f is mostly the resonance frequency of the fundamental tone a thickness oscillation of this outer area, it being assumed that this area is infinitely extensive. The selective energy capture is attributed to the phenomenon, that resonances with a frequency lower than f due to the fact that the di® energy of these resonances is constantly trapped between the electrodes, during resonances
höher als f geschwächt werden, weil die zu diesen Resonanzen gehörige chigher than f are weakened because the one belonging to these resonances c
Energie nicht mehr zwischen den Elektroden eingefangen ist» Für diesen Energieeinfang ist es wichtig, dass die Randeffekte am Auaeenumf&ng des Schwingers nicht eine derartige Rolle spielen, dass die linearem Abmessungen de· Ausaengebietee mindesten· gleich denen des Inra«agefoi®t©8 sein müssen. Die Verstimmung zwischen dem Innen- und Au®βengebiet wird aeistene derart gewählt, dass f zwischen des Grundton und dea ersten unharmonischen Oberton des Innengebietes liegt« Sie Verstimmung swisohen des Innen» und Aussengebiet kann z.B. dadurch erzielt werden, dass auf ©iaan Ifcper alt übrigens völlig flachen und planparallel -verlaufenden Stt?a£ll@fa©n dünne Elektroden mit einer derartigen ßesaataasee aufgeSaspft VoMQa9 dass f in die gewünschte obenbeschrieben® Lage gelangt0 Zua Erhalten ©la®θ genügenden Energieeinfange ist diese Verstimmung in der Regel aah©»« gleichEnergy is no longer trapped between the electrodes »For this energy trapping, it is important that the edge effects on the outer periphery of the transducer do not play such a role that the linear dimensions of the outer areas must be at least equal to those of the Inra« agefoi®t © 8 . The detuning between the inside and outside area is usually chosen in such a way that f lies between the fundamental and the first inharmonic overtone of the inside area completely flat and plane-parallel-running stt? a £ ll @ fa © n thin electrodes with such a ßesaataasee aspirated VoMQa 9 that f gets into the desired position described above0 To get © la®θ sufficient energy capture, this detuning is usually aah © » " same
Bisher wurde in der Literatur der Tatsache ma wenig Aufmerksamkeit
gewidmet, dass eine mechanische
Stelle, wo sich kein Elektrodenmaterial befindet„
Feld als zwischen den Elektroden hervorruft,- was bereits
Δ P zur Folge hat. Theoretieeh Hast sieh abloiifcotip dasQ fte ©la© S@h®:äU
be mit grossen Abmessungen in bezug auf die Dicks dies© Δ
ohne dass weitere Vorkehrungen getroffen werden9 gleiefe^s-1 0 So far in the literature of fact was dedicated ma little attention that a mechanical
Place where there is no electrode material “field than creates between the electrodes - which already results in Δ P. Theoretically you see abloiifcotip dasQ fte © la © S @ h®: be with large dimensions with regard to the thicknesses this © Δ without further precautions being taken 9 same ^ s-1 0
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zu gleich £ K ist, wobei K wieder den obenerwähnten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten darstellt, während auch für Körper mit geringeren Abmessungen eine nur wenig abweichende Verstimmung gefunden wird.to be equal to £ K, where K is again the electromechanical mentioned above Represents coupling coefficients, while only a slightly different detuning is found for bodies with smaller dimensions.
FQr Materialien mit eines sehr kleinen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten K, wie Quarz, ist diese Verstimmung Δ P gewöhnlich vernacblässigbar. Für Materialien mit einem grossen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten ist diese Verstimmung Δ ρ schon bald grosser als die Verstimmung, die durch das Anbringen einer zusätzlichen Masse auf den Elektroden erreicht werden kann. Bei einem Material Bit einem Kopplungskoeffizienten K - 0,2 beträgt diese Verstimmung schon ~·ϊ,7 # und bei K - 0,5 schon 20 % For materials with a very small electromechanical coupling coefficient K, such as quartz, this detuning Δ P is usually negligible. For materials with a large electromechanical coupling coefficient, this detuning Δ ρ is soon greater than the detuning that can be achieved by applying an additional mass to the electrodes. With a material bit with a coupling coefficient K - 0.2 this detuning is already ~, 7 # and with K - 0.5 it is 20 %
Es stellt sich heraus, dass bei Dickenschwingern mit einem grossen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten die Grenzfrequenz f grosser als die Parallelresonanz des Grundtones des Innengebietes ist, aber in der unmittelbaren Nähe dieser Parallelresonanz liegt. Wie bereits erwähnt wurde, liegen die unharmonischen übertöne aber zwischen der Reihen- und Parallelresonanz, so dass bisher eine Unterdrückung dieser Unharmonischen unmöglich war*It turns out that with thickness oscillators with a large electromechanical coupling coefficient, the cutoff frequency f is greater than the parallel resonance of the fundamental tone of the inner area, but is in the immediate vicinity of this parallel resonance. As already mentioned, the inharmonic overtones lie between the Series and parallel resonance, so that so far a suppression of this Inharmonious was impossible *
Von Onoe und Jumonji (Elektronics and Communication in Japan) wird für Dickenschwinger aus einem Material mit grossem Kopplungskoeffizienten ein Verfahren zur Unterdrückung unerwünschter Unharmonischer beschrieben. Zu diesem Zweck muss das Verhältnis zwischen der Grosse der Elektroden und der Dicke des schwingenden Körpers bestimmte Bedingungen erfüllen, während ein genau vorzuschreibender Wert der Masse dieser Elektroden eingehalten werden muss. In ihrer theoretischen Betrachtung vernachlässigen sie aber den Einfluss dee Kopplungekoeffizienten. Ausserdem bezieht «ich ihre Betrachtung nur auf Dickenschwinger, die in dem Dicken-By Onoe and Jumonji (Electronics and Communication in Japan) For thickness oscillators made of a material with a large coupling coefficient, a method for suppressing undesired inharmonics is used described. For this purpose, the ratio between the size of the Electrodes and the thickness of the vibrating body have certain conditions meet, while a precisely prescribed value of the mass of these electrodes must be observed. In their theoretical consideration, however, they neglect the influence of the coupling coefficient. Besides that "I refer your consideration only to thick swingers, which in the thick-
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schermodus angestossen werden»shear mode to be triggered »
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,dass di»- grSsste Abmessung D der in der Dickenrichtung des Schwingers einander gegenüber liegenden Oberflächen O der Elektroden der Beziehung D < d jt entspricht, wobei d die Dicke des scheibenförmigen Körpers, K den elektromechanischen KopplungekoeffiEienten und Ä eine Konstante darstellt, welche fUr die unterschiedlichen Schwingungsmodi die folgenden Werte aufweist!The present invention is characterized in that the largest dimension D of the surfaces O of the electrodes lying opposite one another in the thickness direction of the oscillator corresponds to the relationship D <d jt, where d is the thickness of the disk-shaped body, K is the electromechanical coupling coefficient and A is Represents a constant which has the following values for the different vibration modes!
- für den Dickenschermodus - gegebenenfalls mit Torsionscharakter-- for the thickness shear mode - possibly with torsion character -
- für den Dickendilatationsmodus A => 4- for the thickness dilation mode A => 4th
- für den Dickenradlalschermodus A ■ 30,- for the thickness wheel misalignment mode A ■ 30,
und dass der Abstand jedes Punktes des TJmfangs der Oberflächen von Rand des Schwingers mindestens gleich der Abmessung der Oberflächen in der Richtung ist, in der dieser Abstand gemessen ist.and that the distance of each point on the periphery of the surfaces from the edge of the transducer is at least equal to the dimension of the surfaces in the direction in which this distance is measured.
Theoretisch könnten, wenn von bestimmten Abmessungen der Elektroden ausgegangen wird, die Grosse und die Richtung der Polarisation auch derart gewählt werden, dass der elektromechanische Kopplungskoeffizient einen derartigen Wert aufweist, dass die gestellte Bedingung D < d £ erfüllt wird. In der Praxis ist es selbstverständlich günstiger, wenn die Grosse der Elektroden angepasst wird.Theoretically, if of certain dimensions the Electrodes are assumed to be the size and direction of polarization can also be chosen such that the electromechanical coupling coefficient has such a value that the set condition D <d £ is met. In practice it is of course cheaper when the size of the electrodes is adjusted.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Abstand zwischen der Reihenresonanz und den unharmonischen Obertönen auch durch die grSsste Abmessung der Elektroden in bezug auf die Dicke dee piezoelektrischen Körpers und den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten bestimmt wird, wie in der Figurbeschreibung nSher erlSutert wird. Indem die griJsste Abmessung: der Elektroden nach der Erfindung gewählt wird, wird erreicht, dass die unharmonischen Ob@rtb*n@ bei hSheren Fre-The invention is based on the knowledge that the distance between the series resonance and the inharmonic overtones also by the largest dimension of the electrodes in relation to the thickness dee piezoelectric body and the electromechanical coupling coefficient is determined, as explained in the figure description nSher. By choosing the largest dimension of the electrodes according to the invention it is achieved that the inharmonic Ob @ rtb * n @ at higher fre-
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quenzen, und zwar oberhalo der Parallelreaonanz und somit oberhalb der Grenzfrequenz f liegen. Dadurch tritt für diese unharmonischen Obertöne kein Energieeinfang mehr auf, wodurch das durch die Erfindung angestrebte Krgebnis., dass alle unharmonischen Obertöne unterdrückt werden, erzielt wird. Dabei kann also sowohl von kreisförmigen, ringförmigen als auch vor rechteckigen Klektroaen ausgegangen werden. Im ersten und im zweiten Fäll ist der Durchmesser und im dritten Fall ist die grösste Seite die bestimmende orHsst?, die die gestellte Bedingung erfüllen muss.sequences, namely above halo of the parallel reaction and thus above the Cut-off frequency f. This occurs for those inharmonic overtones no more energy capture, thereby achieving the goal of the invention The result is that all inharmonic overtones are suppressed will. So it can be circular, ring-shaped as well as before rectangular Klektroaen can be assumed. In the first and the second case is the diameter and, in the third case, the largest side is the determining orHsst? which must meet the specified condition.
Aus der für die Abmessungen der Elektroden gestellten Bedingung folgt, dass diese Abmessungen im allgemeinen besonder* klein sein müssen. lemzufolge ist die Einstellung der beiden Elektroden besonders , kritisch, was Schwierigkeiten bereiten wird. Es ist nämlich bekannt, dass lediglich die wirksame ElektrodenoberflSche, d.h. die in der Dickenrichtung des Schwingers einander gegenüber liegenden Oberfllchen O dar Elektroden, die wirksame Elektrodenoberfliehe uiidet. Ein kleiner Einstellungsfehler einer der Elektroden ergibt zugleich einen Fehler in der wirksamen ElektrodenoberflSche. Eine gegenseitige Verschiebung der beiden Anstosselektroden führt ausserdem grosse Aenderungen der Kapazitlt zwischen den Elektroden herbei. Diese Kapazität übt einen starken Einfluss auf die 'It follows from the condition set for the dimensions of the electrodes that these dimensions are generally particularly small have to. As a result, the setting of the two electrodes is special, critical of what will cause difficulties. It is known that only the effective electrode surface, i.e. the surfaces O of the electrodes lying opposite one another in the thickness direction of the transducer, which form the effective electrode surface. A small adjustment error of one of the electrodes also results in an error in the effective one Electrode surface. A mutual displacement of the two contact electrodes also leads to large changes in the capacitance between the Electrodes. This capacity exerts a strong influence on the '
Selbstinduktion dies äquivalenten elektrischen Schaltbildes aus. Schliesslich führt eine gegenseitige Verschiebung der Elektroden unerwünschte Verzerrungen der Impedanzkennlinie herbei.Self-induction from this equivalent electrical circuit diagram. Finally, a mutual displacement of the electrodes leads to undesired distortions of the impedance characteristic.
Auch ist es bekannt, dass es bei Dickenschwingern is allgemeinen unerwünscht ist, den elektrischen Kontakt mit den Elektroden durch Klemmittel herzustellen, weil sich dann eine unerwünschte Dämpfung des Schwingers ergeben kann· Daher werden hSufig die Elektroden mit eines schmalen Arm in Richtung auf die Seite des schwingenden Körpers erweitert,It is also known that with thickness transducers it is generally undesirable to make electrical contact with the electrodes To produce clamping means, because then there is an undesirable damping of the Therefore, the electrodes are often widened with a narrow arm towards the side of the vibrating body.
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wo dann durch L8ten oder Kitten ein Kontakt hergestellt werden kann. Dieses Verfahren hat im obenstehenden Fall den Nachteil, dass» im Zusammenhang mit den geringen Abmessungen der Elektroden, auch diese Arme besonders schmal sein müasen, wodurch ihr elektrischer Widerstand gross ist, was eine unzulässige elektrische Dämpfung des Dickenschwingers zur Folge hat.where a contact can then be made by L8ten or cementing. This In the above case, the procedure has the disadvantage that »in context With the small dimensions of the electrodes, these arms are also special have to be narrow, which means that their electrical resistance is high, what results in impermissible electrical damping of the thickness oscillator.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden diese erwähnten Schwierigkeiten dadurch vermieden, dass nur eine der beiden Elektroden die vorerwähnte Bedingung erfüllt, während die zweite Elektrode erheblich grosser ist und in einem extremen Fall© sogar die ganze Oberfläche in Anspruch nimmt. Die wirksame Elektrodenoberfläche wird dabei also durch die kleinste Elektrode bestimmt, so dass die unharmonischen ObertSne noch immer unterdrückt werden, weil dies« kleinste Elektrode die nach der Erfindung gestellte Bedingung erfüllt.According to a further feature of the invention, these are mentioned Difficulties avoided in that only one of the two electrodes fulfills the aforementioned condition, while the second electrode is considerably larger and in an extreme case © even the entire surface takes. The effective electrode surface is determined by the smallest electrode, so that the inharmonic ObertSne can still be suppressed because this is «the smallest electrode met condition set according to the invention.
Liese Bauart hat vor allem den Vorteil, dass die Einstellung der Elektroden nicht mehr kritiech ist. Bei Verschiebung der Elektroden bleibt ja die wirksame ElektrodenoberflEche gleiche Bei einer Verschiebung der Elektroden ändert sich auch die Kapazitlt zwischen den beiden Elektroden nahezu nicht. Infolgedessen kann eine sehr kleine-Toleranz in bezug auf die äquivalente Selbstinduktion dee Dickenschvingere nach dem elektrischen Aequivalentschaltbild erhalten werden,»The main advantage of this type of construction is that the setting the electrodes are no longer critical. When moving the electrodes the effective electrode surface remains the same in the event of a shift of the electrodes, the capacitance between the two electrodes also changes almost not. As a result, a very small tolerance with respect to the equivalent self-induction can dee Dickenschvingere after the electrical equivalent circuit diagram can be obtained, »
Auch die Abgleichung dieses Dickenschwiage^s auf die gewünschte Resonanzfrequenz kann dank der erwihnten Bauart auf ©infashe Weise stattfinden. Meistens erfolgt dies© Abgleiehung dwffch des Anbriagon· einer zusätzlichen Menge Elektrodenmaterial auf einer oi©2? d©a b©id©n Elektroden, z.B. durch elektrochemisches Anwachsen odeE· AafdaEpf©mo Bei Dickenechwingern mit gleichen Elektroden auf den beiden dieses Aufwachsen mit grosser Genauigkeit über die ganz©The adjustment of this thickness fluctuation to the desired resonance frequency can also take place in an infashe manner thanks to the design mentioned. Most of the time, this is done by deriving the attachment from an additional amount of electrode material on an oi © 2? d © ab © id © n electrodes, for example by electrochemical growth odeE · AafdaEpf © m o In the case of thickness swingers with the same electrodes on the two, this growth with great accuracy over the entire ©
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-9- PHN. 4233.-9- PHN. 4233
fläche stattfinden. Auch soll dieses Aufwachsen dann nicht teilweise ausserhalb der ursprünglichen Elektroden erfolgen, weil dadurch unerwünschte Resonanzen und Kapazitätsänderungen herbeigeführt werden. Wenn eine der Elektroden erheblich grosser als die andere ist, kann dieses zusätzliche Elektrodenmaterial vorteilhaft auf der grössten Elektrode angebracht werden. Dabei braucht das Aufdampfen nicht über die ganze Elektrodenfläche, sondern nur wenigstens der kleinsten Elektrode gegenüber zu erfolgen, so dass Toleranzen zulässig sind. Ausserdem stellt sich | heraus, dass dieses Nachabgleichen der grossten Elektrode keine unerwünschten Resonanzen herbeiführt.take place. Also, this growing up should not be partially take place outside the original electrodes, because this causes undesirable resonances and changes in capacitance. When a of the electrodes is considerably larger than the other, this can be additional Electrode material advantageously attached to the largest electrode will. The evaporation does not need to cover the entire electrode surface, but only to take place opposite at least the smallest electrode, so that tolerances are permissible. In addition, | found out that this readjustment of the largest electrode is not undesirable Causes resonances.
Bei Dickenschwingern, die im Dickendilatationsmodus schwingen! ergibt sich infolge der erwähnten Bauart noch ein zusätzlicher Vorteil. Bei derartigen Schwingern ist es meistens erwünscht, dass der ganze Korper vorpolarisiert wird. Zu diesem Zweck werden die beiden Stirnflächen völlig mit Elektroden versehen, zwischen denen eine grosse Gleichspannung angelegt wird. Nach der Vorpolarisation werden diese Elektroden entfernt und werden Elektroden der gewünschten GrSsse angebracht. Bei der erwähnten Bauart eines Schwingers nach der Erfindung kann aber eine der zur Polarisation verwendeten Elektroden ohne Nachbearbeitung zugleich als Anstosselektrode verwendet werden.For thickness vibrators that vibrate in the thickness dilation mode! there is an additional advantage due to the mentioned design. With such vibrators it is usually desirable that the whole body is pre-polarized. For this purpose, the two end faces are completely provided with electrodes, between which a large DC voltage is applied will. After pre-polarization, these electrodes are removed and electrodes of the desired size are attached. With the one mentioned The type of oscillator according to the invention can be one of the polarization used electrodes without post-processing at the same time as a contact electrode be used.
Schliesslich weist diese Bauart noch den Vorteil auf, dass auf der grossen Elektrode ein durch Klemm-Mittel angebrachter Kontakt keine mechanische Dämpfung herbeiführt. Diese Elektrode kann eich ja bis nahe an den Rand des Schwingers erstrecken, so dass die Klemm-Mittel dort ohne weitere Anpassung angebracht werden können. Ausserdem stellt sich heraus, dass die Klemra-Mittel auf der kleinen Elektrode in bezug auf die der grossen Elektrode derart angeordnet werden können, dass auch dieserFinally, this type of construction also has the advantage that a contact attached by clamping means on the large electrode does not cause any mechanical damping. This electrode can be calibrated up to Extend close to the edge of the transducer so that the clamping means is there can be attached without further adjustment. It also arises found out that the Klemra means on the small electrode in relation to the the large electrode can be arranged in such a way that this too
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-10- PHN. 4233.-10- PHN. 4233
Klemmkontakt keine zusätzliche mechanische Dämpfung herbeiführt.Terminal contact does not produce any additional mechanical damping.
Es sind noch mehrere Elektrodenformen möglich» bei denen die Erfindung angewandt werden kann, z.B, Kreuzelektroden, wie sie in den figuren naher beschrieben werden.There are several possible electrode shapes with which the invention can be applied, e.g., cross electrodes as shown in the figures to be described in more detail.
Einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung Bind in der Zeichnung dargestellt und werden ia folgenden naher beschrieben. Es zeigernSome embodiments according to the invention Bind in the Drawing and are generally described in more detail below. Show it
Figuren 1a und 1b einen Dickenschwinger, der im Dickenüilatationsmodue angestossen wird.Figures 1a and 1b a thickness oscillator, which in Dickenüilatationsmodue is triggered.
Figuren 2a und 2b einen Biekenschwinger, der im Dickenradialschermodue angestossen wird, undFigures 2a and 2b a flexural oscillator that is in the thickness radial shear modulus is triggered, and
Figuren 3a» 3b und 3c einen Dickenschwinger, der im Dickenschermodus angestossen wird» wobei auch Torsion auftritt; Fig. 4 die Impedanzkennlinie sines Schwingquarzes;Figures 3a »3b and 3c a thickness oscillator which is in the thickness shear mode is pushed »with torsion also occurring; 4 shows the impedance characteristic of its oscillating crystal;
Fig. 5 die Impedanzkennlinie eines Dickenschwingers aus einem Material mit grossein Kopplungskoeffizienten;5 shows the impedance characteristic of a thickness oscillator made of a material with a large coupling coefficient;
Fig. 6 die Impedanzkennlinie eines Dickenschwingers nach der Erfindung;6 shows the impedance characteristic of a thickness oscillator according to the invention;
Fig. 7 einen Dickenschwinger mit gleichen Elektroden auf beiden Stirnflächen, und v 7 shows a thickness oscillator with the same electrodes on both end faces, and v
Fig. 8 einen Dickenschwinger mit ungleichen Elektroden auf beiden Stirnflächen;8 shows a thickness oscillator with unequal electrodes both end faces;
Figuren 9a und 9b mögliche Elektrodenklemm-Mittel und Figuren 10 und 11 mögliche Elektrodenkonfigurationen.FIGS. 9a and 9b possible electrode clamping means and FIGS. 10 and 11 possible electrode configurations.
Figuren 1-3 zeigen scheibenförmige piezoelektrische Körper 1, auf deren Stirnflächen Anstosselektroden 2 angebracht sind. Figuren 1a und 1b zeigen eine kreisförmige Scheibe, wobei der Körper parallel zur Achse 3 polarisiert ist» Die Elektroden 2 weisen in diesem Fall meis-FIGS. 1-3 show disk-shaped piezoelectric bodies 1, on the end faces of which contact electrodes 2 are attached. characters 1a and 1b show a circular disk, the body being polarized parallel to the axis 3. In this case, the electrodes 2 have mostly
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-11- PHN. 4233.-11- PHN. 4233
tens auch eine kreis- oder ringförmige Gestalt auf Und liegen meistens Konzentrisch zur Achse 3 der Scheibe 1. Die den Elektroden 2 zugefflhrte Wechselspannung erzeugt in diesem Falle ein elektrischeβ Feld, das abwechselnd parallel und gegensinnig parallel zu dem Polarisationsfeld F steht, so dass der Körper im Dickendilatationsmodus angestossen wird. Die ganze Oberfliehe bewegt sich dabei auivErts und abwlrts in bezug auf die untere Fliehe. Der gleiche Schwingungsmodus 1st bei jeder anderen Gestalt der Oberfliehe der Scheibe aBglich.at least also a circular or ring-shaped shape and mostly lie Concentric to the axis 3 of the disk 1. The one fed to the electrodes 2 In this case, alternating voltage generates an electrical field that is alternately parallel and in opposite directions parallel to the polarization field F. so that the body is pushed in the thickness dilation mode. the The whole surface moves upwards and downwards in relation to the lower flee. The same mode of vibration is with every other shape compensated for the surface of the disc.
Figuren 2a und 2b zeigen eine gleiche Scheibe wie die Fi- * guren 1a und 1b. Die Polarisation P ist nun aber radial gerichtet, wodurch ein Dickenradiifclsoheraodu· erhalten wird, bei de« die ober« Fliehe eine radiale Bewegung gegenphasig «u der unteren Fliehe -»ollführt.Figures 2a and 2b show a same disc as the fi gures * 1a and 1b. The polarization P is now directed radially, however, whereby a thickness radius is obtained in which "the upper fly" performs a radial movement in antiphase "and the lower fly".
Fig. Ja seigt ein· rechteckig· Scheibe 1 alt den Elektroden 2. Die Polarisation P verlauft parallel iu den StirnflSchen, auf denen die Elektroden angebracht sind, und auch parallel zur Mittellinie SS·.Fig. Yes shows a · rectangular · disc 1 on the electrodes 2. The polarization P runs parallel to the faces on which the Electrodes are attached, and also parallel to the center line SS ·.
Fig. 3b zeigt die Schwingung des Körper· «wischen den Elektroden 2. Dabei bewegt sich die obere Fliehe ABCD gegenphasig zu der unteren Fliehe EFGH in der Richtung a; dies ist eine Seherschwingung. Rings * um die Achse t tritt dabei eine Torsionsschwingung auft wobei die Punkte auf der Linie SS* die grSsste Ausweichung aufweisen.3b shows the oscillation of the body between the electrodes 2. The upper fly ABCD moves in phase opposition to the lower fly EFGH in the direction a; this is a seer vibration. * Ring around the axis t where t a torsional vibration occurs in which the dots have on the line SS * grSsste the divergence.
Fig. 3c zeigt einen Schnitt längs der Linie SS1; dabei wird diese Bewegung veranschaulicht. Ausserhalb der Elektroden ist die Schwingung praktisch vSlliggedSapft.3c shows a section along the line SS 1 ; this movement is illustrated. Outside the electrodes, the oscillation is practically completely absorbed.
Fig. 4 zeigt die Frequenzkennlinie der elektrischen Impedanz Z eines Schwingquarzes. Die Kennlinie weist ein erstes Minimum bei der Frequenz f - f . (Reihenresonanz des Grundtones) und ein erstes Maximum bei einer Frequenz f ■ f 4 (Parallelresonanz des Grundtones) auf. Der4 shows the frequency characteristic of the electrical impedance Z of an oscillating crystal. The characteristic curve has a first minimum at the frequency f - f. (Series resonance of the fundamental) and a first maximum at a frequency f ■ f 4 (parallel resonance of the fundamental). Of the
ElEl
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BAD ORIGINAL009887/14 ^ 3
BATH ORIGINAL
-12- PHN. 4235«-12- PHN. 4235 "
gegenseitige Abstand f .- f . der Reihen- und der Parallelresonanz istmutual distance f .- f. the series and parallel resonance
πι niπι ni
fm1 f m1
gering. Wie aus der Figur ersichtlich ist, liegen die unharmonischen übertöne f 2, f ,, f usw. bei einer höheren Frequenz als die Parallelresonanz des Grundtones. Wie bereits erwähnt wurde, ist es bei dieser Art von Dickenschwingern möglich, die unharmonischen Übertöne dadurch zu unterdrücken, dass die Abmessungen und di· Gesamtmasse der Elektroden derart gewählt werden, dass eine Verstimmung des ausserhalb der Elektroden liegenden Gebietes in bezug auf das zwischen den Elektroden liegenden Gebietsmall amount. As can be seen from the figure, the inharmonic overtones f 2 , f 1, f, etc. are at a higher frequency than the parallel resonance of the fundamental. As already mentioned, with this type of thickness transducer it is possible to suppress the inharmonic overtones by choosing the dimensions and the total mass of the electrodes in such a way that the area outside the electrodes is detuned with respect to that between the electrodes lying area auftritt, und zwar derart, dass die Grenzfrequenz f zwischen dem Grund-occurs in such a way that the cut-off frequency f between the fundamental
ton und dem ersten unharmonischen Oberton, z.B. zwischen f , und f _, zutone and the first inharmonic overtone, e.g. between f, and f _, to
m ι tic. m ι tic.
liegen kommt. Die zu Frequenzen über f gehörige Energie leckt unter dencome to lie. The energy associated with frequencies above f leaks under the
Elektroden zu dem Aussengebiet hinweg und die unharmonischen Obertöne, die bei einer Frequenz über f liegen, werden somit unterdrückt.Electrodes to the outside area and the inharmonic overtones, which are at a frequency above f are thus suppressed.
Fig. 5 zeigt die Frequenzkennlinie der elektrischen Impedanz Z eines Dickenschwingers aus einem Material mit grossem elektromechanischen! Kopplungskoeffizienten. Auch diese Kennlinie weist bei der Reihenresonanz f ein Minimum und bei der Parallelresonanz f Λ ein Maximum auf. m mlFig. 5 shows the frequency characteristic of the electrical impedance Z of a thickness oscillator made of a material with a large electromechanical! Coupling coefficient. This characteristic curve also has a minimum for the series resonance f and a maximum for the parallel resonance f Λ. m ml
f f Der gegenseitige Abstand al - n1 ist aber viel grosser als bei Quarz.ff The mutual distance al - n1 is much larger than with quartz.
f-1 Infolgedessen liegen eine Anzahl unharmonischen Obertöne zwischen der f -1 As a result, there are a number of inharmonic overtones between the Reihen- und Parallelresonanz. Wie bereits erwähnt wurde,liegt die Grenzfrequenz f bei dieser Art von Dickenschwingern normalerweise in unaittel-Series and parallel resonance. As already mentioned, the cut-off frequency f for this type of thickness transducer is normally in the same
barer NShe der Parallelresonanz f .. better NShe of the parallel resonance f ..
mlml
Es ist bekannt, dass für den gegenseitigen Abstand, d®r . -Reihen- und Parallelresonanz, somit auch annlhermngaweise für das zwischen f und der Reihenresonanz f ., geschrieben werden kaaasIt is known that for the mutual distance, d®r. -Series and parallel resonance, thus also anlhermnga way for the between f and the series resonance f., are written kaaas
fc - fn1 fc - fn1 ' * K2 _ _ __ _ f c - f n1 f c - f n1 '* K 2 _ _ __ _
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-13- PHN. 4233.-13- PHN. 4233
wobei K wieder den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten darstellt· Andererseits kann für den gegenseitigen Abstand der Reihenresonanz des Grundtoneβ f 1 und dem s. unharmonischen Oberton abgeleitet werdenιwhere K again represents the electromechanical coupling coefficient · On the other hand, the series resonance of the fundamental tone β f 1 and the s. inharmonic overtone can be derived for the mutual distance
fn. - fn1 ^A (»2 - P*) C2 *2 (2) f n. - f n1 ^ A (» 2 - P *) C 2 * 2 (2)
*n1 JT * n1 JT
Dabei stellt C eine Konstante dar, die von de« betrachteten Modus des Dickenschwingers abh&ngig ist« der mit der ElastizitStakonstant· des Materials zusammenhängt. D stellt die Grosstabuessung der Elektroden dar» d.h. bei kreisförmigen Elektroden den Durchmesser und bei rechteckigen Elektroden die ISngste Kante« wShrend d die Dioke des Schwingers ist· Die Konstanten P und P1 sind vom Eigenwert der Schwingung abhängig.Here, C represents a constant which is dependent on the mode of the thickness oscillator considered, which is related to the elasticity constant of the material. D represents the size of the electrodes »ie with circular electrodes the diameter and with rectangular electrodes the fear edge« while d is the dioke of the oscillator · The constants P and P 1 depend on the eigenvalue of the oscillation.
S TS T
Zur Unterdrückung der unharmonischen ObertSne müssen diese bei einer die Grenzfrequenz f überschreitenden Frequenz liegen« so dass gelten muss, daseiTo suppress the inharmonic ObertSne these lie at a frequency exceeding the cut-off frequency f «so that must apply, dasei
fc.- fn1<fn2 " fn1 <5> f c.- f n1 < f n2 " f n1 < 5 >
D< igr d, wobei A für die verschiedenen Schwingungsmodi die folgenden Werte aufweist!D <igr d, where A is the for the different vibration modes has the following values!
- für den Dickenschermodus« gegebenenfalls mit Torsionscharakter,- for the thickness shear mode «possibly with torsion character,
_—. . A - 6_—. . A - 6
- für den Dickendilatationsmodus A - 4- for thickness dilation mode A - 4
- für den Dicken-Radialschermodus A ■ 30·- for the thickness-radial shear mode A ■ 30 ·
Fig· 6 zeigt die Frequenzkennlinie der elektrischen Impedanz eines Dickenschwingers, die die Bedingung nach der Erfindung erfüllt. Die unharmonischen übertöne haben sich bis oberhalb der Grenzfrequenz f verschoben und sind somit unterdrückt.Fig. 6 shows the frequency characteristic of the electrical impedance of a thickness oscillator which satisfies the condition of the invention. The inharmonic overtones have spread up to above the cutoff frequency f shifted and are therefore suppressed.
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Stirnflächen identischen Elektroden 2, die, damit die Bedingung nach der Erfindung erfüllt wird, klein sein müssen. So ist z.B. bei einem scheibenförmigen Schwinger mit einer Reiheraresonanz bei einer Frequenz f - f -10,7 MHz die Dicke der Scheibe 203 /^m und der Durchmesser der Elektroden 1,3 mm. Bei einer richtigen Einstellung der Elektroden kann die wirksame Elektrodenoberflache, die durch Projektion der einen Elektrode auf die andere gebildet ist, durch a angegeben werden. Ein Einstellungefehler einer der Elektroden, wie mit 2' bezeichnet ist, führt eine Aenderung der wirksamen Elektrodenoberflach© (b) h©rbeio Bs ist auch einleuchtend, dasi» die Kapazität zwischen den Elektroden sieh Sndert. Die Einstellung der beiden Elektroden ist somit besondere kritisch und ausserdem muss bei der Abgleichung des Dickenschwingers auf die richtige Frequenz gesichert werden, dass das Aufdampfen über die ganze Elektrodenoberflache erfolgt, aber auf diese OberflBche beschrankt bleibt. Würde das Aufdampfen ausserhalb der ursprünglichen Elektroden erfolgen, so werden KapazitStsänderungen und unerwünschte Verzerrungen der Impedanzkennlinie herbeigeführt.End faces of identical electrodes 2, which, so that the condition according to the invention is met, must be small. For example, in the case of a disk-shaped oscillator with a series resonance at a frequency f - f -10.7 MHz, the thickness of the disk is 203 / ^ m and the diameter of the electrodes is 1.3 mm. With a correct setting of the electrodes, the effective electrode surface, which is formed by the projection of one electrode onto the other, can be indicated by a. A Einstellungefehler one of the electrodes, as indicated with 2 ', results in a change in the effective electrode Surface © (b) h © o RBEI Bs is also evident dasi "the capacitance between the electrodes check Sndert. The setting of the two electrodes is therefore particularly critical and, in addition, when adjusting the thickness oscillator to the correct frequency, it must be ensured that the vapor deposition takes place over the entire electrode surface, but remains limited to this surface. If the vapor deposition were to take place outside the original electrodes, changes in capacitance and undesired distortions of the impedance characteristic would be brought about.
Fig. θ zeigt einen Dickenschvinger 1 mit gleichfalls auf jeder Stirnfläche einer Elektrode, von denen aber nur eine (2) die Bedingung nach der Erfindung erfüllt, während die zweite Elektrode (12) erheblich grosser ist. Eine gegenseitige Verschiebung der Elektroden führt dabei keine Aenderung der wirksamen Elektrodenoberfläche und der Kapazität herbei, wie aus der Figur deutlich hervorgeht. Das Aufdampfen zusätzlichen Materials zum Abgleichen auf die richtige Frequenz kann vorteilhaft auf die grosso Elektrode stattfinden, wobei nur gesichert werden soll, dass jedenfalls der der kleinsten Elektrode gegenüber liegende Teil der Oberfläche überzogen wird.Fig. Θ shows a thickness vibrator 1 with the same each end face of an electrode, of which only one (2) fulfills the condition according to the invention, while the second electrode (12) is considerably larger. A mutual displacement of the electrodes does not change the effective electrode surface or the capacitance as the figure clearly shows. Vapor deposition of additional material to align to the correct frequency can be beneficial the large electrode take place, whereby it should only be ensured that in any case the part of the surface opposite the smallest electrode is covered.
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-15- PHN. 4233.-15- PHN. 4233
Körper mehrere kleine Elektroden einer einzigen grossen Elektrode gegenüber, mehrere kleine Elektroden mehreren kleinen Elektroden gegenüber oder mehrere kleine Elektroden mehreren grossen Elektroden gegenüber angeordnet werden, wobei dann jede kleine Elektrode gesondert oder eine Anzahl dieser kleinen Elektroden zucaxoen die Bedingung naoh der Erfindung erfüllen. Dabei können die Elektroden wieder kreisförmig, ringförmig, rechteckig oder rautenförmig gestaltet «ein. Indes eine» Satt einander gegenüber liegender Elektroden die Eingang·spannung mgeführt und.eines »weiten Satz einander gegenüber liegender Elektroden die Ausgang«spannung entnom- | men wird, wird ein Vierpol erhalten·Body several small electrodes opposite a single large electrode, several small electrodes opposite several small electrodes or several small electrodes are arranged opposite several large electrodes, each small electrode then separately or a number These small electrodes tocaxoen meet the condition of the invention. The electrodes can again be circular, ring-shaped, rectangular or diamond-shaped. Meanwhile, electrodes lying opposite one another carry the input voltage and expand it Set of electrodes lying opposite one another, take the output voltage men, a quadrupole is obtained
Figuren 9a und 9b «eigen eine Möglichkeit ium Anbringen des elektrischen Kontakts bei eines kreisförmigen Diokenschwinger mit gleichfalls kreisförmigen Elektroden. Fig. 9a ist eine Draufsicht und Fig. 9bFIGS. 9a and 9b have a way of attaching the electrical contact in the case of a circular diok oscillator with likewise circular electrodes. Figure 9a is a top view and Figure 9b
zeigt einen Schnitt längs der Linie R-R der Fig. 9a durch den Schwinger 1 mit der kreisförmigen Elektrode 2, die der Bedingung nach der Erfindung entspricht, und mit der erheblich gröseeren Elektrode 12. Der elektrische Kontakt mit der Elektrode 12 wird durch drei Klemmen ζ gebildet, die miteinander einen Winkel von etwa 120* einschliessen und in der Ntthe des Randes der Elektrode angreifen. Infolge dieser Bauart .führen diese Klemmfedern keine mechanische Dämpfung des Dickenschwingers herbei. Ausserdem stellt sich heraus, dass der Kontakt mit der kleinen Elektrode 2 auch mit Hilfe einer Kleinmfeder y hergestellt werden kann, wobei durch richtige Einstellung dieser Klemmfeder gleichfalls keine mechanische Dampfung auftritt.shows a section along the line R-R of FIG. 9a through the oscillator 1 with the circular electrode 2 meeting the condition of the invention corresponds, and with the considerably larger electrode 12. The electrical Contact with the electrode 12 is made by three terminals ζ, which form an angle of about 120 ° with each other and are in the vicinity of the Attack the edge of the electrode. As a result of this design, these clamping springs do not bring about any mechanical damping of the thickness oscillator. Besides that turns out that the contact with the small electrode 2 also with Using a Kleinmfeder y can be made, with correct Setting this clamping spring likewise no mechanical damping occurs.
Fig. 10 zeigt einen kreisförmigen Dickenschwinger 1 mit rechteckigen zueinander senkrechten Elektroden 12 und 13. Bei gleichen Breiten der Elektroden ist die wirkeame OberflSche 0 in diesem Falle qua-10 shows a circular thickness oscillator 1 with rectangular electrodes 12 and 13 which are perpendicular to one another Width of the electrodes is the effective surface 0 in this case qua-
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-16- PHH. 4233.-16- PHH. 4233
dratisch. Die beiden Elektroden können auch einen scharfen Winkel miteinander einschlössen, woduroh eine rautenförmige virkeame Oberfläche erhalten wird. Eine gegenseitige Verschiebung der Elektroden beeinflusst die virksane ElektrodenoberfISche nicht, die also in diesem Falle der Bedingung nach der Erfindung entspricht. Bei dieser Bauart können mehrere Elektroden (in dieser Figur z.B. noch die Elektrode 14) angebracht werden»dramatic. The two electrodes can also form a sharp angle with one another, whereby a diamond-shaped, virkeame surface is obtained. A mutual displacement of the electrodes influences the virksane electrode surface does not, which in this case corresponds to the condition according to the invention. With this design several Electrodes (e.g. electrode 14 in this figure) are attached »
Fig« 11 zeigt einen kreisförmigen Dickensohwinger, dessen Stirnfl&chen mit Elektroden 12 und 1J versehen sind, welche die in der Figur dargestellte Fora aufweisen. Die wirksame ElektrodenpberflXche O ist in diesem Falle etwa kreisförmig. Die gezeigte Elektrodenform hat den Vorteilt dass auf besonders einfache Weise der elektrische Kontakt angebracht werden kann. Diese Anbringung kann ntalich dadurch erfolgen, dass auf jede Stirnflieh· drei Kleamfedern alt einer gegenseitigen Winkelverschiebung von 120* angreifen. Durch die besonders Form der Eleketroden stellt jedenfalls zumindest eine dieser Klemmfedern einen Kontakt mit der betreffenden Elektrode her, wahrend der Schwinger auf günstige Weise eingeklemmt wird.Fig. 11 shows a circular thick swinger, its End surfaces are provided with electrodes 12 and 1J, which the in the Figure have fora shown. The effective electrode surface O is roughly circular in this case. The electrode shape shown has the advantage that the electrical contact can be attached in a particularly simple manner. This attachment can ntalich take place in that attack three Kleam springs with a mutual angular displacement of 120 * on each end face. Due to the special shape of the electrodes in any case, at least one of these clamping springs makes contact with the electrode in question, while the oscillator is clamped in a favorable manner.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007009874A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Linear ultrasonic piezoelectric motor, comprises movable element that is in frictional contact with rectangular resonance plate and electrodes for generating acoustic vibrations |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1969
- 1969-08-09 NL NL6912167A patent/NL6912167A/xx unknown
-
1970
- 1970-07-17 DE DE19702035585 patent/DE2035585A1/en active Pending
- 1970-08-06 PL PL14255070A patent/PL80943B1/pl unknown
- 1970-08-06 GB GB3800070A patent/GB1285095A/en not_active Expired
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- 1970-08-07 FR FR7029274A patent/FR2056740A5/fr not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007009874A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Linear ultrasonic piezoelectric motor, comprises movable element that is in frictional contact with rectangular resonance plate and electrodes for generating acoustic vibrations |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2056740A5 (en) | 1971-05-14 |
| JPS4947997B1 (en) | 1974-12-19 |
| GB1285095A (en) | 1972-08-09 |
| PL80943B1 (en) | 1975-08-30 |
| ES382553A1 (en) | 1972-12-01 |
| NL6912167A (en) | 1971-02-11 |
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