压电振子参数的原理

　　机械品质因数Qm和机电耦合系数K是描述压电振子的两个主要参数。Qm表征压电体谐振时，因克服内摩擦而消耗的能量。机电耦合系数K是衡量压电性强弱的重要物理量，设计器件时，它是决定带宽的重要因素。机电耦合系数虽然是无量纲的物理量，但是由于压电振子机械能取决于振子的形状和振动模式，不同的振动模式将有相应的机电耦合系数。压电陶瓷(8mm)和纤锌矿(6mm)的基本耦合系数共有五个，即平面耦合系数Kp、横向耦合系数K31、纵向耦合系数K33、厚度振动机电耦合系数Kt和厚度切变振动机电耦合系数k15等。其它的性能常数也取决于相应的振动模式。下面将仅以圆片厚度伸缩振动模式为例说明测试方法。
 

　　测试原理
 

　　在电学短路条件下，自由振动的厚度伸缩模压电振子的频率方程为
 

　　tgX=X/kt2                   (4.5-60)
 

　　式中，k为厚度伸缩振动机电耦合系数，无单位数；X为归一化频率，无单位数。
 

　　式中，ω为角频率(ω=2πf)，rad/s；t为振子厚度，m；VtD为厚向声速，m/s；fsi为基频或泛音频率(i=1,3,5,7)，Hz；fp为基波并联谐振频率，Hz。
 

　　解(4.5-60)式方程可知，通过泛音比fsi/fsl可以确定振子的厚度伸缩振动机电耦合系数kt及其它相关参数。
 

　　泛音比fsi/fsl与耦合系数kt的对应关系、泛音频率与基波并联谐振频率之比fsi/fp与耦合系数kt的对应关系见GB/T 3389.5-1995。
 

　　测量基频和泛音频率后，由计算泛音比fsi/fsl，查表确定耦合系数kt，并计算振子的其它材料参数。对薄圆片振子的厚度伸缩振动来说，试样有限尺寸的影响，主要是径向模高次谐波使厚度伸缩振动模的并联谐振频率模糊不清，虽然厚度伸缩振动模基频和泛音频率也受到干扰，但和其邻近的径向模高次谐波相比，厚度模基频和泛音频率fsi的谐振阻抗小，响应大，可以用动态传输法测量。