壓電振子參數的原理

　　機械品質因數Qm和機電耦合系數K是描述壓電振子的兩個主要參數。Qm表征壓電體諧振時，因克服內摩擦而消耗的能量。機電耦合系數K是衡量壓電性強弱的重要物理量，設計器件時，它是決定帶寬的重要因素。機電耦合系數雖然是無量綱的物理量，但是由于壓電振子機械能取決于振子的形狀和振動模式，不同的振動模式將有相應的機電耦合系數。壓電陶瓷(8mm)和纖鋅礦(6mm)的基本耦合系數共有五個，即平面耦合系數Kp、橫向耦合系數K31、縱向耦合系數K33、厚度振動機電耦合系數Kt和厚度切變振動機電耦合系數k15等。其它的性能常數也取決于相應的振動模式。下面將僅以圓片厚度伸縮振動模式為例說明測試方法。
 

　　測試原理
 

　　在電學短路條件下，自由振動的厚度伸縮模壓電振子的頻率方程為
 

　　tgX=X/kt2                   (4.5-60)
 

　　式中，k為厚度伸縮振動機電耦合系數，無單位數；X為歸一化頻率，無單位數。
 

　　式中，ω為角頻率(ω=2πf)，rad/s；t為振子厚度，m；VtD為厚向聲速，m/s；fsi為基頻或泛音頻率(i=1,3,5,7)，Hz；fp為基波并聯諧振頻率，Hz。
 

　　解(4.5-60)式方程可知，通過泛音比fsi/fsl可以確定振子的厚度伸縮振動機電耦合系數kt及其它相關參數。
 

　　泛音比fsi/fsl與耦合系數kt的對應關系、泛音頻率與基波并聯諧振頻率之比fsi/fp與耦合系數kt的對應關系見GB/T 3389.5-1995。
 

　　測量基頻和泛音頻率后，由計算泛音比fsi/fsl，查表確定耦合系數kt，并計算振子的其它材料參數。對薄圓片振子的厚度伸縮振動來說，試樣有限尺寸的影響，主要是徑向模高次諧波使厚度伸縮振動模的并聯諧振頻率模糊不清，雖然厚度伸縮振動模基頻和泛音頻率也受到干擾，但和其鄰近的徑向模高次諧波相比，厚度模基頻和泛音頻率fsi的諧振阻抗小，響應大，可以用動態傳輸法測量。