压电音叉及其应用

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1、第28卷第2期2006年4月压电与声光PIEZOELECTECTRICS&ACOUSTOOPTICSVol.28No.2Apr.2006文章编号：100422474(2006)0220173203压电音叉及其应用范跃农：，邹炎2，万学华3，路尚伟4(I.景德镇陶瓷学院机电系，江西景德镇333001;2.景德错市机械中等专科学校，江西景德镇333000:3.中国压电网，waxeh@163.com，浙江嘉兴314000;4.山东沂光电子股份有限公司，山东临沂276017)摘要:介绍了压电音叉的基本结构和等效电路，详细描述了压电音叉的工作

2、原理以及各种实际应用，并对实际产品的选材及性能作了详细的介绍。作者还根据自己的研究结果介绍了几种实用的和用作压电音叉换能元件的压电陶瓷材料的配方。关键词:压电:压电陶瓷:音叉:换能器:应用中图分类号：TM282文献标识码：APiezoelectricTuningForkandItsApplicationFANYue^ong1,ZOUYan2,WANXue2hua，，LUShang2vwi’(1.Dept.ofElectromechanical，JingdezhenCeramicInstitute，Jiangxi，333001，Chi

3、na;2.JingdezhenMechanicalSecondarySchoolJingdezhen333000,China;3.www.chinapiezo.coni,waxeh@163.com,Jiaxin314000.China;4.ShandongYiguangElectronicCo.>Ltd.，Linyi276017，China)Abstract:Thispaperintroducesthebasicstructureandequivalentcircuitofthepiezoelectrictuningfork,dez

4、scribesitsoperatingprincipleandseveralapplicationexamples,aswellashowtochoicethematetialsformanufaczturingthepiezoelectrictuningfork，andhowtomeasureitsperformances.Theauthorsalsogivesomepiezoelectricceramicmaterialsformulasformakingthepiezoelectrictuningforkaccordingto

5、theirresearchingresults.Keywords:piezoelectricity;piezoelectricceramics;tuningfork;transducer;application(V收稿日期：2005208215作者简介:范跃农（19642）.男，江西景徳镇人.副教授.从事电子陶瓷材料及元器件研究压电音叉是利用金属音叉作振动体，用压电陶瓷作机电换能元件的音频振子。近几年来，压电音叉在通信、导航遥控、遥测、仪器和仪表等各种电子设备中的应用日益扩大。1压电音叉的结构及其等效电路音叉是一种音频元件，压电音叉

6、是指以金属材料作谐振子，以压电陶瓷换能器激励和拾取信号的一种复合元件。图1为压电音叉的一般结构。叉痄固体谐振子使用镍铬钛恒性合金制成的。两块压电换能片分别直接粘贴在两个叉臂上。换能器材料为锆钛酸铅压电陶瓷，其中一片将电能转换为机械能激励音叉振动，另一片将音叉振动产生的机械能转换成电信号输出。图1压电音叉的一般结构图2为图1所示音叉的等效线路。图丨所示音叉的谐振频率可象图2—样近似地作为一端固定、另一端自由的悬臂进行处理（假设压电陶瓷的形状足够小），此时频率为r_丄么-了卜冗..I1式中cos尔cosh

7、£为金属的弹性模量；/U分别为音叉的叉臂长和宽p为音叉金属的电阻率。用于振动体的金属应选机械品质因数仏值大和稳定性好的材料，即艾林瓦合金。作为转换元件的压电陶瓷，最好使用耦合系数h大，且多数场合下介电常数也大的材料。图2压电音叉的等效电路图因为当Z/Z2保持一定时，谐振频率是一定的因而振子也就有可能小型化。现在用作电子手表捐动源的水晶振子，就是用音叉振动体和水晶组成的其最大尺寸只有几毫米。如果提高压电陶瓷材料的稳定性，就有可能用压电陶瓷组合成压电音叉。采用不同于音叉结构的机械振动系统的滤波器压电音叉的适用频率一般为100~8000H

8、z，其频率精度很高。如382.5〜847.5Hz的音叉振荡频率精度可达0.1Hz。因为压电换能片的体积比振动体小得多，所以压电音叉的频率稳定性主要取决于振动体的材料，通常可达1xIO'5/°Q压电音叉的机械品质因数&也很高。与电磁激励