Жидкостный датчик на основе пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем, выполненного из пьезокерамики ЦТС

Б. Д. Зайцев, А. А. Теплых, И. А. Бородина, А. П. Семенов

Аннотация


Экспериментально и теоретически исследовано влияние проводимости жидкости, контактирующей с пьезоэлектрическим резонатором с поперечным электрическим полем на основе пластины пьезокерамики ЦТС-19. В данном резонаторе поперечная компонента механического смещения, не приводящая к радиационным потерям при контакте с жидкостью, является превалирующей. Частотные зависимости реальной и мнимой частей электрического импеданса резонатора показали наличие трех резонансов на частотах 68,7, 97,8 и 264 кГц со значениями коэффициента электромеханической связи 12,2, 14,7 и 6,5 % соответственно. Добротность каждого резонанса при контакте с жидкостью оказалась существенно выше добротности резонатора c продольной акустической волной на основе ниобата лития. Были получены зависимости максимального значения действительной части электрического импеданса такого резонатора от проводимости жидкости. Проведен теоретический анализ влияния проводимости жидкости на характеристики резонатора.


Зайцев Б. Д., Теплых А. А., Бородина И. А., Семенов А. П. Жидкостный датчик на основе пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем, выполненного из пьезокерамики ЦТС. Ural Radio Engineering Journal. 2019;3(3):296–305. DOI: 10.15826/ urej.2019.3.3.006



Ключевые слова


пьезоэлектрический резонатор с поперечным электрическим полем; резонанс; коэффициент электромеханической связи; проводимость жидкости; электрический импеданс

Полный текст:

PDF

Литература


McCann D. F., McCann J. M., Parks J. M., Frankel D. J., Pereira da Cunha M., Vetelino J. F. A lateral-field-excited LiTaO3 high frequency bulk acoustic wave sensor. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2009;56(4):779–787. DOI: 10.1109/TUFFC.2009.1100

Ma T., Wang J., Du J., Yuan L., Qian Z., Zhang Z., Zhang C. Lateral- field-excited bulk acoustic wave sensors on langasite working on different operation modes. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2013;60(4):864–867. DOI: 10.1109/TUFFC.2013.2637

Winters S., Berngardt G., Vetelino J. A dual lateral – field – excited bulk acoustic sensor array. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2013;60(3):573–578. DOI: 10.1109/ TUFFC.2013.2598

Ma T., Wang J., Du J., Yang J. Resonances and energy trapping in AT-cut quartz resonators operating with fast shear modes driven by lateral electric fields produced by surface electrodes. Ultrasonics. 2015;59:14– 20. DOI: 10.1016/j.ultras.2015.01.004

Zaitsev B. D., Shikhabudinov A. M., Teplykh A. A., Kuznetsova I. E. Liquid sensor based on a piezoelectric lateral electric field-ex- cited resonator. Ultrasonics. 2015;638:179–183. DOI: 10.1016/j.ul- tras.2015.07.009

Vetelino J. F. A lateral field excited acoustic wave sensor platform. In: Proc. IEEE Ultrasonics Symp. 2010, pp. 2269–2272.

Hu Y., French L. A., Jr., Radecsky K., Pereira da Cunha M., Millard P., Vetelino J. F. A lateral field excited liquid acoustic wave sensor. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2004;51(11):1373– 1379. DOI: 10.1109/tuffc.2004.1367475

Wark M., Kalanyan B., Ellis L., Fick J., Connel L., Neivandt D., Vetelino J. A lateral field excited acoustic wave sensor for the detection of saxitoxin in water. In: Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium. 2007, 28–31 Oct. New York: IEEE; 2007, pp. 1217–1220. DOI: 10.1109/ ULTSYM.2007.306

Zhang Z., Wang W., Ma T., Zhang C., Feng G. Pseudo-LFE sensors with different electrode configurations on X-cut LiNbO3. In: Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium. 2009, 20–23 Sept. Rome: IEEE; 2009, pp. 655–658. DOI: 10.1109/ULTSYM.2009.5441673

Ma T., Zhang Z., Wang W., Zhang C., Feng G. (yxl)21.82° LiNbO3 pseudo-LFE acoustic wave sensors. In: Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium. 2009, 20–23 Sept. Rome: IEEE; 2009, pp. 2511–2514. DOI: 10.1109/ULTSYM.2009.5441874

Royer D., Dieulesaint E. Elastic Waves in Solids I. Free and Guided Propagation. Berlin: Springer-Verlag; 2000.

Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах. М.: Мир; 1990.




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2019.3.3.006

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


URAL RADIO ENGINEERING JOURNAL

2020