基于弱边界条件研究石英谐振器模态耦合振动问题

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石英谐振器是应用具有压电效应的石英晶体制成的压电声波器件,其在频率稳定、频率选取、精密计时等领域有显著优势,因此在通信、传感、计时系统中被广泛使用。随着时代发展、通信技术的研究进步,人们对设备中电子元件的要求进一步提高,即小型化、高频化、低功率。这也对石英谐振器性能提出了更高的要求,因此需要对石英谐振器的模态耦合振动特性进行更深入的研究。本文研究了工作模态为厚度剪切振动的AT切石英谐振器的模态耦合振动特性,考虑了石英晶体上下表面镀有电极的情形。先应用线性压电理论,推导出了石英谐振器的频散关系方程,求解绘制出了频散曲线。然后应用弱边界条件得到了三个模态耦合情况下的频谱关系,绘制了不同长厚比下的频谱图。从频谱图中取出了不同位置的点绘制了相应的振型图。并使用COMSOL有限元软件对石英谐振器进行仿真,验证了理论的准确性。本文还研究了与牛顿液体接触的石英谐振器的模态耦合振动问题,绘制了空间频散曲线和频谱图,发现了谐振频率的变化规律,讨论了液体的物理参数对工作模式下谐振平台的影响。
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