DE728181C

DE728181C - Piezoelectric flexural oscillator

Info

Publication number: DE728181C
Application number: DEE52019D
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Guettner
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1938-12-29
Filing date: 1938-12-29
Publication date: 1942-11-21

Description

Piezoelektrischer Biegeschwinger Bekanntlich lassen sich als piezoelektrische Biegeschwinger ausgebildete, vorzugsweise aus Seignettekristall bestehende Empfänger oder Sender für mechanische Schwingungen derart herstellen, daß man zwei in bekannter Weise aus einem piezoelektrischen Kristall herausgeschnittene Platten derart zusammenkittet, daß die polaren Achsen der beiden Platten entgegengesetzt zueinander orientiert sind und daß zwei zur polaren Achse senkrecht liegende Flächen aufeinanderl,iegen. Bringt man zwischen die beiden Kristalle und ebenso auf die zur gemeinsamen Fläche gegenüberliegenden Flächen je eine Elektrode, so wird sich, wenn man die Außenelektroden miteinander verbindet, in einer bestimmten Spannungsphase der eine Kristall .dehnen und der andere Kristall verkürzen. Das ganze System führt also eine Biegeschwingung aus, deren Ebene senkrecht zur Elektrodenebene liegt.Piezoelectric flexural oscillators can be known as piezoelectric Bending oscillators designed, preferably consisting of Seignette crystal receiver or make transmitters for mechanical vibrations in such a way that one has two in known Cement plates cut out of a piezoelectric crystal in such a way that that the polar axes of the two plates are oriented opposite to each other and that two surfaces lying perpendicular to the polar axis lie on top of one another. Bring between the two crystals and also on the common surface opposite surfaces each have an electrode, so if you place the outer electrodes connects with each other, in a certain phase of tension the one crystal .stretch and shorten the other crystal. So the whole system carries a flexural vibration whose plane is perpendicular to the electrode plane.

Ein derartiger Biegeschwinger weist zwei wesentliche Nachteile auf. Der eine Nachteil besteht .darin, daß eine auf Biegung beanspruchte Kittfläche vorhanden ist, die nur schwer in gleichmäßiger Dicke und Homogenität herzustellen ist und sehr leicht zerspringt und zu Störungen Anlaß gibt. Der zweite Nachteil besteht darin, daß sich bei einer Biegung des Schwingers die zusammengekitteten Flächen etwas gegeneinander verschieben. Diese Verschiebung bedingt aber eine Abschwächung der Empfindlichkeitskurve des als Sender oder Empfänger verwendeten Schwingers.Such a flexural oscillator has two major disadvantages. One disadvantage is that there is a putty surface that is subject to bending stress which is difficult to produce in uniform thickness and homogeneity and bursts very easily and gives rise to malfunctions. The second disadvantage is there in that when the oscillator bends, the cemented-together surfaces move something against each other. However, this shift causes a weakening the sensitivity curve of the transducer used as a transmitter or receiver.

Um diese Nachteile zu beseitigen, sind piezoelektrische Biegeschwinger entwickelt worden, die aus einem Kristallkörper bestehen, der auf den zu seiner polaren Achse senkrechten Flächen je zwei nebeneinanderliegende, gegeneinander isolierte Elektroden trägt. Sowohl zwei einander gegenüberliegende als auch zwei benachbarte Elektroden werden bei diesem Schwinger ungleichnamig aufgeladen. Ein solcher Schwinger schwingt in einer zu den Elektrodenebenen parallelen Ebene.Piezoelectric flexural oscillators are used to overcome these disadvantages have been developed, which consist of a crystal body, which is attached to his polar axis vertical surfaces each two adjacent, isolated from each other Electrodes. Both two opposite and two adjacent Electrodes are charged differently in this transducer. Such a vibrator oscillates in a plane parallel to the electrode planes.

Derartige piezoelektrische Biegeschwinger eignen sich besonders als Stabilisatoren. Als Stabilisatoren werden sie bekanntlich in ihrer Eigenfrequenz erregt. Verwendet man jedoch diese piezoelektrischen Biegeschwinger als Energiewandler zur Aufnahme eines größeren Frequenzbereiches, d. h. erregt man sie außerhalb, vorzugsweise unterhalb ihrer Eigenfrequenz, so zeigen sie einen schwerwiegenden Nachteil.Such piezoelectric flexural oscillators are particularly suitable as Stabilizers. As stabilizers, they are known to be used in their Natural frequency excited. However, if you use this piezoelectric flexural transducer as an energy converter to accommodate a larger frequency range, d. H. if you excite them outside, preferably below their natural frequency, they show a serious disadvantage.

Bei einem als Energiewandler verwendeten piezoelektrischen Biegeschwinger ist seine EMK die am meisten interessierende Größe. Diese EMK ist nun bekanntlich abhängig vom Verhältnis der Eigenkapazität des Schwingers zur äußeren Parallelkapazität. Die Eigenkapazität des Schwingers und die Eigenfrequenz sind selbst wieder von seinen geometrischen Abmessungen abhängig. Bei den bekannten piezoelektrischen Bie#geschwing # rn, e bei denen auf den zur polaren Achse normalen Flächen je zwei Elektroden vorgesehen sind, ist nun für eine vorgegebene Eigenfrequenz die Eigenkapazität' in den meisten Fällen sehr klein, so daß auch die nutzbare EMK des Schwingers sehr klein ist. Dieser Nachteil ist bei :dem Schwinger nach der Erfindung vermieden.With a piezoelectric flexural oscillator used as an energy converter its emf is the quantity of most interest. This EMF is now known depending on the ratio of the internal capacitance of the transducer to the external parallel capacitance. The oscillator's own capacitance and the natural frequency are again of its own geometrical dimensions dependent. With the known piezoelectric Bie # vibrated # rn, e with two electrodes each on the surfaces normal to the polar axis are provided, the self-capacitance 'is now for a given natural frequency' in most cases very small, so that the usable emf of the transducer is also very small is small. This disadvantage is avoided in: the oscillator according to the invention.

Das Kennzeichen eines piezoelektrischen Biegeschwingers nach der Erfindung besteht darin, daß mehrere Kristallplatten, die auf den zur polaren Achse normalen Flächen je zwei nebeneinanderliegende, gegeneinander isolierte Elektroden tragen, von denen sowohl zwei einander gegenüberliegende als auch zwei benachbarte ungleichnamig aufgeladen sind, mit diesen Flächen derart aufeinandergeschichtet sind, daß die Platten in einer zur Elektroebene parallelen Ebene schwingen. Es ist zweckmäßig, die Kristallplatten derart aufeinanderzuschichten, daß die polaren Achsen zweier benachbarter Platten entgegengesetzt zueinander orientiert sind. Man erreicht dadurch, daß der eine Elektrodenbelag der einen Platte gleichzeitig Elektrode für die benachbarte Platte ist.The characteristic of a piezoelectric flexural oscillator according to the invention consists in the fact that several crystal plates, which are on the normal to the polar axis Surfaces each have two adjacent, mutually insulated electrodes, of which two opposite as well as two adjacent dissimilar names are charged, are stacked with these surfaces in such a way that the Swing plates in a plane parallel to the electrical plane. It is appropriate to stack the crystal plates so that the polar axes of two adjacent plates are oriented opposite to one another. One achieves thereby, that the one electrode coating of one plate at the same time electrode for the adjacent one Plate is.

In der Abb. i ist ein piezoelektrischer Biegeschwinger beispielsweise .dargestellt. In dieser Abbildung sind drei aufeinandergeschichtete Kristallplatten 1, 2 und 3 gezeichnet. Die Lage der polaren Achsen dieser Platten i bis 3 ist durch die Pfeile 1', 2' und 3' angedeutet. Sowohl auf den zu den polaren Achsen der Kristallplatten i und 3 äußeren normalen Flächen als auch zwischen den Kristallplatten i und 2 bzw. 2 und 3 sind je zwei nebeneinanderliegende, gegeneinander isolierte Elektroden .I und 5 angeordnet. Von diesen Elektroden werden sowohl zwei einander gegeni überliegende als auch zwei benachbarte ungleichnamig aufgeladen. Die Kristallplatten i bis 3 sind derart aufeinandergeschichtet, daß die polaren Achsen zweier benachbarter Platten entgegengesetzt zueinander orientiert sind.In Fig. I, for example, a piezoelectric flexural oscillator is shown .shown. In this picture there are three stacked crystal plates 1, 2 and 3 drawn. The position of the polar axes of these plates i to 3 is through the arrows 1 ', 2' and 3 'indicated. Both on the polar axes of the crystal plates i and 3 outer normal surfaces as well as between the crystal plates i and 2 or 2 and 3 are two adjacent, mutually insulated electrodes .I and 5 arranged. Two of these electrodes are located opposite one another as well as two neighboring unequally charged. The crystal plates i to 3 are stacked so that the polar axes of two adjacent plates are oriented opposite to each other.

Der in der Abb. i beispielsweise dargestellte piezoelektrische Biegeschwinger nach der Erfindung schwingt in einer zu den Elektrod:enebenen parallelen Ebene, wie es in der Abb. i durch die Pfeile 6 und die gestrichelte Linie,7 angedeutet ist. Der vorliegende piezoelektrische Biegeschwinger kann auch zu Oberschwingungen angeregt werden, wenn man die nebeneinanderliegenden Elektroden senkrecht zu ihrer Trennungslinie an den Schwingungsknoten des Kristalls unterteilt. Die Abb. 2 zeigt beispielsweise einen derartigen piezoelektr ischen Biegeschwinger. In dieser Abbildung ist g der aus mehreren Kristallplatten zusammengesetzte Schwinger. Auf den zu den polaren Achsen senkrechten Flächen, die bei der gewählten Darstellungsweise mit der Zeichenebene zusammenfallen bzw. zu dieser parallel liegen, sind wieder die Elektroden .4 und 5 angebracht. Diese Elektroden .4 und 5 sind an den Knotenstellen io und i i des piezoelektrischen Schwingers senkrecht zu ihrer Trennungslinie unterteilt. Dieser Schwinger führt Schwingungen in der durch die punktierte Linie i i angedeuteten Weise aus.The piezoelectric flexural oscillator shown in Fig. I, for example according to the invention oscillates in a plane parallel to the electrode, as indicated in Fig. i by the arrows 6 and the dashed line, 7 is. The present piezoelectric flexural oscillator can also cause harmonics are excited when the adjacent electrodes are perpendicular to their Dividing line divided at the nodes of the crystal. Fig. 2 shows for example, such a piezoelectric flexural oscillator. In this picture g is the transducer composed of several crystal plates. On to the polar axes, vertical surfaces that are marked with coincide with the plane of the drawing or lie parallel to it, are again the Electrodes .4 and 5 attached. These electrodes .4 and 5 are at the nodes io and i i of the piezoelectric oscillator divided perpendicular to their dividing line. This oscillator leads to oscillations in the direction indicated by the dotted line i i Way out.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Piezoelectric flexural oscillator, characterized in that that several crystal plates, which on the surfaces normal to the polar axis, each have two Carry adjacent, mutually insulated electrodes, both of which two opposite as well as two neighboring unequally charged are, with these surfaces are stacked so that the plates in oscillate in a plane parallel to the electrode plane.

2. Piezoelectric bending oscillator according to claim i, characterized in that the crystal plates are layered one on top of the other are that the polar axes of adjacent plates are oriented opposite to each other are.

3. Piezoelectric flexural oscillator according to claim 1 or 2, characterized in that that the electrodes lying next to one another are used to generate harmonics perpendicular to their dividing line in the nodes of the crystal are.