石英晶体圆板谐振器的有限元分析及实验研究

发布时间：2019-07-22 18:36

【摘要】：石英晶体谐振器是一种利用石英晶体的逆压电效应制作而成的谐振器件。作为一种能够提供频率标准和频率检测作用的电子元件,其广泛应用于诸多电子设备之中。伴随着电子设备的不断发展,石英谐振器的研究与制作也受到愈来愈多的重视。石英晶体谐振器主要由石英晶体板、金属电极层、基座以及封盖构成。电极的质量效应对石英晶体谐振器的工作会产生很大的影响。因此,在对石英晶体谐振器的研究中要充分考虑到电极的存在。石英晶体谐振器具有多种切型,其中AT切石英谐振器具有加工方便、压电活力高、稳定性好等特点,其主要工作模态是厚度剪切模态,因此对于AT切石英谐振器厚度剪切振动的分析具有很重要的意义。由于石英材料具有各向异性的特点,使得三维理论分析非常困难,因此本文着眼于对AT切圆形覆盖电极石英晶体谐振器进行三维有限元模拟以及实验分析。在对AT切圆形覆盖电极石英晶体谐振器进行有限元分析时,由于电极层太薄以至于对电极层的模拟存在一些困难。针对这一问题,本文提出两种方法,一是使用壳单元模拟电极层,并通过耦合节点自由度模拟电极与石英板的连接。二是考虑到电极层的惯性效应,采用附加质量法,使用表面效应单元对电极层进行模拟。为了更进一步与理论解进行对比,我们对有限元模型的收敛性进行分析研究。最后为了验证三维有限元分析的有效性,通过实验对AT切圆形石英晶体谐振器进行更深入的分析,对比有限元模拟结果和实验结果,验证了有限元方法的可靠性。
【图文】：

石英晶体坐标轴示意图

图 1. 2 石英晶体各类切型示意图体谐振器的振动模态主要包括有长度伸缩振动模态、面剪切模态、弯曲振动模态等。长度伸缩振动模态是上述四种振动模态中最早应用的一种模态，其0-400 kHz，所对应的切型有 MT 切和 GT 切型。面剪切振动所对应的切型有
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN751.2

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