Click here to load reader

Dispozitive Cu Unda Elastica

  • View
    226

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Curs

Text of Dispozitive Cu Unda Elastica

MATERIALE UTILIZATE N MECATRONICDISPOZITIVE CU UND ELASTIC DE SUPRAFADispozitivele cu und elastic de suprafa reprezint o categorie speciala de dispozitive la interfata mecanic-electronic. Din zona mecanicii, dispozitivele folosesc proprietatea unor materiale solide de a transmite vibratii mecanice prin volumul lor. Oscilaiile elastice snt supuse unor fenomene specifice: transmisie cu atenuare, transmisie selectiv datorat caracteristicilor sistemului mecanic (frecvene proprii de rezonan ale sistemului de atomi modelat ca un ansamblu de mase i resorturi), reflexie la suprafaa de separaie dintre dou medii.

Semnalul mecanic este generat de un dispozitiv de tip piezolelectric (a se revedea lucrarea cu acest tip de dispozitive), ce transforma o tensiune electric sinusoidal ntr-o micare oscilatorie longitudinal (direcia de oscilaie este paralel cu direcia de propagare). Dispozitivul este plasat pe una din feele laterale ale monocristalului. Dup ce oscilaia se propag n condiiile descrise mai sus, este recepionat de un dispozitiv similar plasat pe o alta fa a monocristalului i transformat napoi n semnal electric, cu caracteristici modificate (atenuare, filtrare, ntrziere, etc.).

Figura 1. Structura unui dispozitiv cu unda elastica de suprafaa.

Figura 2. Structura unei linii de ntrziere cu und acustic.Pot fi astfel realizate dispozitive larg folosite n industria electronic i anume: filtre trece-band, linii de ntrziere, codoare i decodoare pentru semnale modulate n faz, dispozitive pentru realizarea integralei de corelaie ntre dou semnale.Fenomene fizice n dispozitiverle cu und elastic de suprafaDintre tipurile de und de suprafa se folosesc aproape n exclusivitate undele Rayleigh (unde polarizate eliptic, atenuate n adncime). Amplitudinea acestor unde tinde ctre zero dup aproximativ (1 ... 2), unde:

- este lungimea de und a undelor de suprafa;v viteza de propagare a undelor de suprafa;f frecvena undelor de suprafa.Materiale utilizateIn tabelul 1.15 sint indicate principalele cristale piezoelectrice utilizate pentru dispozitivele cu und de suprafa, indicndu-se ca performane ale acestora viteza de propagare v, coeficientul de temperatur al vitezei de propagare v, coeficientul de cuplaj piezoelectric k2 i atenuarea undelor de suprafa la frecvena de 1 GHz (atenuarea datorit pierderilor n reeaua cristalin ac, atenuarea datorit excitrii unor unde de volum n mediul n contact cu suprafaa liber a cristalului aa, atenuarea datorit direciei razei adr i atenuarea datorit difraciei ad).Dintre aceste cristale, cuarul este utilizat pentru dispozitivele cu und de suprafa, n special pentru valoarea foarte redus a coeficientului de temperatur a vitezei de propagare (valoare nul pentru seciunea ST). Viteza de propagare are valori medii, iar coeficienii de cuplaj piezoelectric sunt n general mici (cea mai mare valoare pentru cuar se obine n cazul seciunii HC).

Figura 1. Celula elementar a cuarului vedere de ansamblu si proiectii pe diverse direcii.

Figura 2. Structura cristalin a niobatului de litiu.Niobatul de litiu monocristalin are cel mai mare coeficient de cuplaj piezoelectric pentru undele de suprafa i cea mai mic atenuare, pentru propagarea acestora reprezentind din aceste motive un substrat foarte utilizat. Principalul su dezavantaj l reprezint valoarea prea mare a coeficientului de temperatur, ceea ce impune, pentru obinerea unor performane ridicate, termostatarea dispozitivelor.Germaniatul de bismut (monocristal aparinnd clasei de simetrie 23) are valori medii ale coeficientului de cuplaj piezoelectric i ale atenurii, coeficieni de temperatur mari, ns vitez de propagare foarte mic a undelor de suprafa, rezultnd linii cu ntrziere mare i dimensiuni geometrice acceptabile i traductoare interdigitale realizabile la frecvene de ordinul zecilor de megaheri.Dintre substraturile piezoelectrice, cele mai mari viteze de propagare ale undelor de suprafa prezint oxidul de beriliu (monocristal hexagonal) i nitratul de aluminiu crescut epitaxial pe safir. Dei tehnicile de obinere a acestor cristale sunt mai delicate, ele se utilizeaz pentru frecvene mari (de ordinul gigaherilor) pentru a obine traductoarele prin tehnologii mai simple.Ceramicile piezoelectrice (dintre care se remarc titanat-zirconatul de plumb) au coeficieni de cuplaj piezoelectrici de valori relativ mari, ns nu pot fi utilizate dect pn la frecvene de ordinul zecilor de megaheri deoarece structura policristalin nu permite o prelucrare superioar a suprafeelor, iar atenurile datorit propagrii au valori foarte mari care cresc practic cu ptratul frecvenei de lucru.In cazurile n care dispozitivele cu und de suprafa, se folosesc mpreun cu dispozitivele semiconductoare realizate n varianta integrat, se recomand utilizarea substraturilor de oxid de zinc sau nitrat de aluminiu crescute epitaxial pe acelai substrat de safir pe care se crete i siliciul necesar realizrii integratului monolitic. In acest mod se obine o mare flexibilitate n realizarea unor circuite complexe ca linii de ntrziere programabile, codoare i decodoare cu modulaie n faz. memorii recirculante.

Determinri experimentale

Avnd la dispoziie un dispozitiv cu und elastic de suprafa desfcut precum i eantioane ale diverselor materiale utilizate n confecionarea acestui tip de dispozitiv, se vor realiza urmtoarele operaii:

folosind metode de analiz a microscopului electronic (vezi lucrarea 5, ndrumar STUDIUL MATERIALELOR, C. Munteanu .a. ) se determin compoziia chimic i tipul cristalului folosit n dispozitiv.

folosind metoda difraciilor radiaiei X din (vezi lucrarea 6, ndrumar STUDIUL MATERIALELOR, C. Munteanu .a) se determin structura cristalin i indicii Miller ai suprafeei monocristalului. Cunoscnd structura cristalin a acestuia, se determin indicii Miller ai direciilor de propagare a oscilaiilor elastice n cristal.

se ridic schia mecanic a dispozitivului (dimensiunea cristalului, poziia elementelor generatoare i receptoare de semnal).

cunoscnd frecvena semnalului electric introdus i cunoscnd relaia pentru lungimea de und propagat n monocristal, se calculeaz valoarea lungimii de und i se compar analitic cu dimensiunile monocristalului (se calculeaz atenuarea pn la fiecare suprafa de reflexie, numrul de reflexii, lungimea total a drumului parcurs de oscilaia mecanic i defazajul ntre semnalul de intrare i cel de ieire). se cupleaz dispozitivul n circuitul de testare electronic. Se aplic semnal de intrare pe frecvena indicat pe placa de test i se analizeaz semnalul de ieire.

se determin rolul maselor de acordare aplicate pe suprafaa cristalului.

PAGE 5

_1154156977.unknown

Search related