CH214271A - Piezoelektrische Vorrichtung. - Google Patents

Description

      Piezoelektriscbe        Vorrichtung.       Zur Erzeugung kurzer Wellen benutzt  man bekanntlich die Dickenschwingungen       piezoelektrischer'Quarzplatten,    das heisst sol  che     Eigenschwingungen,    deren Frequenz von  der Dicke des     gristalles    abhängt, für längere  Wellen dagegen die     Querschwingungen    der  artiger     Platten,    das     heisst    solche Eigen  schwingungen, deren Frequenz von den Quer  dimensionen abhängt.

   Es gibt ein Übergangs  gebiet, etwa im Bereich von 800 bis 1600 m,  in dem die Platten bei Ausnutzung der     Dik-          kenschwingungen    eine grosse     und    ungünstige  Dicke, bei Ausnutzung von Querschwingun  gen dagegen kleine Querdimensionen besitzen.  Sie eignen sich zu einer exakten Halterung  nicht mehr. Es wurde früher allgemein an  genommen, dass bei Dickenschwingungen das  Verhältnis des Plattendurchmessers zur Plat  tendicke gross,     mindestens    aber grösser als  10 : 1 sein muss.

   Bei     Verwendung    von     Dik-          kenschwingimgen    in dem Übergangsgebiet  kommt man unter     Verwendung    dieser Dimen-         sionierungsregel    zu sehr grossen Platten, die  kostspielig werden und die auch wegen ihrer  grossen Masse bei der     Halterung    Schwierig  keiten machen. Bei     scharfkantigen        Platten,     oder selbst bei Platten, die, wie beispielsweise  vorgeschlagen,     abgerundete    Ecken besitzen,  treten erhebliche Störungen bei der Dicken  schwingung auf.

   Die eigentliche     Dicken-          schwingung    besteht nicht aus: einer einzigen  Resonanzstelle, sondern besitzt meist mehrere       unmittelbar    benachbarte Resonanzstellen. Die       Erklärung    dafür ergibt sich anschaulich un  mittelbar daraus, dass, solange die     Platte    un  endlich gross ist, der     Schwingungszustand    da  durch zustande kommt, dass eine ebene Welle  in der Platte hin- und herläuft, die jeweils  an den Begrenzungsflächen reflektiert wird.

    Bei Platten, deren Verhältnis Durchmesser  zu Dicke nicht mehr sehr gross ist, kann  von ebenen Wellen, die sich innerhalb der  Platte fortpflanzen, auch nicht annähernd  mehr die Rede     sein.    Es tritt ein kompli-      zierten Ausbreitungsmechanismus in der  Platte auf, der durch die scharfkantige Be  grenzung ein     Frequenzspektrum    hervorruft.  



  Vorliegende Erfindung bezieht sich auf  eine     piezoelektrische    Vorrichtung mit in     Dik-          kenschwingungen    erregtem Schwingkristall,  bei dem das Verhältnis des Durchmessers zur  grössten Dicke     kleiner    als 10 : 1 ist. Erfin  dungsgemäss besitzt der Schwingkristall  wenigstens angenähert die Form eines ab  geplatteten     Rotationsellipsoids.     



  Im folgenden sind an Hand der beilie  genden Zeichnung Ausführungsbeispiele der  Erfindung erläutert.  



  Ein Kristall von der Form eines abgeplat  teten     Rotationsellipsoids    hat, wie die mathe  matische Theorie ergibt, eine eindeutige       Eigenschwingung.    Versuche haben ergeben,  dass es nicht unbedingt notwendig ist, dem  Kristall die schwer     herstellbare    strenge Form  eines     Rotationsellipsoids    zu geben. Der  Schwingungsvorgang wird bereits dann ein  deutig, wenn die Form auch nur angenähert  der eines     Rotationsellipsoids    gleicht, wie dies       Fig.    1 beispielsweise zeigt.

   Beim Schwing  kristall nach     Fig.    1 ist die Begrenzungsfläche  aus mehreren Rotationsflächen mit kreis  bogenförmigen Erzeugenden, denen verschie  dene Halbmesser zukommen, zusammenge  setzt, und zwar von zwei Kugelhauben mit  den Kugelradien     R1,        R@    und den Kugelmittel  punkten     Ml,        M_    und von einem Flächenteil  eines     Toroids    mit dem Radius     r-    der kreis  förmigen Erzeugenden.

   Der mittlere Teil des       Kristalles    nach     Fig.    1, der     -,veniger    als die  Hälfte des Durchmessers beträgt, kann, wie       Fig.    2 zeigt, planparallel geschliffen sein.  Auch die Form nach     Fig.    2 gibt, wie es der  Versuch zeigt, einen einwelligen Schwing  kristall. Erfahrungsgemäss kann die Mittel  kante des     Kristalles,    wie es     Fig.    3 zeigt, zu  einer Schneide     zugeschliffen    werden. Dies  ist besonders wichtig, da sich die Kristalle in  der Mittelebene     dämpfungsfrei    unter Aus  nutzung der     schneidenartigen    Kristallkante  haltern lassen.

   Auch im Fall der Eigen  schwingungen des     Rotationsellipsoids    stellt    die     Mittelebene        eine    Knotenlinie des Schwin  gungsvorganges dar.  



  Die Dickenschwingungen können durch,       Scherungsvorgänge    bestimmt sein, das heisst  die Quarzkristalle sind vom Typ des     Y-          Schnittes,    oder solchen, die um die X-Achse  gegen die F- Achse geneigt sind oder die  einen kleinen Winkel mit der X-Achse be  sitzen. Vorzugsweise werden solche Orien  tierungen gegenüber dem normalen     Y-Schnitt     gewählt, dass der Temperaturkoeffizient der  Eigenschwingung kleiner als 5.     10-6    pro  Grad Celsius ist. Die Dickenschwingun  gen können aber auch durch     longitudinale     Vorgänge gegeben sein, vor allem Dicken  schwingungen des sogenannten X-Schnittes.  



  Bei der vorgeschlagenen Formgebung ge  lingt es,     Quarzoszillatoren    unter Verwendung  der     Dickenschwingungen    bis zu Zellen von  1600 m herzustellen, mit     verhältnismässig     kleinem Quarzdurchmesser. Während bisher  für das Wellenbereich bei etwa 1000 m  Quarzplatten bei einer ungefähren Dicke von  6 mm von<B>50</B> mm Durchmesser und mehr  verwendet wurden, gelingt es nunmehr,  Quarzkristalle zu verwenden, die einen  Durchmesser von beispielsweise 30 mm be  sitzen. Man gelangt daher zu einer erheb  lichen Ersparung an Quarzrohmaterial, wei  terhin zu einer Verringerung des Fassungs  volumens und indirekt auch zu einer Ver  kleinerung der Thermostate bei hochwertigen  Sendern.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Piezoelektrische Vorrichtung mit in Dik- kenschwingungen erregtem Schwingkristall, bei dem das Verhältnis des Durchmessers zur grössten Dicke kleiner als 10 : 1 ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkristall wenigstens angenähert die Form eines ab geplatteten Rotationsellipsoids besitzt.

   UN TERA ,-SPRüCHE 1. Piezoelektrische Vorrichtung nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche des Schwingkristalles aus mehreren Rotationsflächen mit kreis bogenförmigen Erzeugenden, denen ver- schiedene Halbmesser zukommen, zusammen gesetzt ist. 2. Piezoelektrische Vorrichtung nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teil des Schwingkristalles, der weniger als die Hälfte des Durchmessers be trägt, planparallel geschliffen ist.

   3. Piezoelektrische Vorrichtung nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkristall in der Mittelebene zu einer schneidenartigen gante geschliffen ist und längs dieser gante gehaltert ist.

   4. Piezoelektrische Vorrichtung nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingung des Quarzkristalles durch Scherungsvorgänge gegeben ist. 5. Piezoelektrische Vorrichtung nach Un teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine derartige Orientierung vorgesehen ist, dass der Wert des Temperaturkoeffizienten der Eigenschwingung kleiner als 5 . 10-6 pro Grad Celsius ist.

   6. Piezoelektrische Vorrichtung nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingung des Quarzkristalles durch longitudinale Vorgänge gegeben ist.