DE735908C

DE735908C - Method for adjusting the oscillation frequency of a piezoelectric crystal plate

Info

Publication number: DE735908C
Application number: DEI57848D
Authority: DE
Inventors: Gerald Warner Willard
Original assignee: HANS BODO WILLERS
Current assignee: HANS BODO WILLERS
Priority date: 1936-04-22
Filing date: 1937-04-27
Publication date: 1943-06-01
Also published as: US2268365A; DE756196C; GB471465A; GB479637A; US2123236A; FR820889A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abgleichung der Schwingungsfrequenz einer piezoelektrischen Kristallplatte, deren Frequenz im wesentlichen von den Dimensionen der Hauptfläche der Platte ab- - hängt, ohne daß bei dem Verfahren eine Veränderung des Temperaturkoeffizienten der Frequenz erfolgt.The invention relates to a method for adjusting the oscillation frequency of a piezoelectric crystal plate, whose frequency essentially depends on the dimensions of the main surface of the plate. - hangs without the process changing the temperature coefficient Frequency takes place.

Gemäß der Erfindung wird nur der mittlereAccording to the invention, only the middle one

to Teil wenigstens einer der Hauptflächen der Platte symmetrisch so dünner gemacht, daß die Grenze des dünner gemachten Teils zu allen Kanten der Platte symmetrisch liegt, und/oder, die Randpartien werden zwischen dem mittleren Teil der Kristallplatte und den Kanten gleichmäßig dünner gemacht.to part of at least one of the major surfaces of the plate symmetrically made thinner so that the boundary of the thinned part is symmetrical to all edges of the plate, and / or, the edge parts are between the central part of the crystal plate and the Edges made evenly thinner.

Es ist schon bekanntgeworden, die Frequenz eines Quarzkristalls durch Anbringen einer Rinne zu erniedrigen. Beim Erfindungs.-gegenstand handelt es sich aber nicht nur darum, die Frequenz eines Kristalls zu erniedrigen, sondern gleichzeitig den Temperaturkoeffizienten unverändert zu lassen. Auch ist der Bereich, in welchem die Frequenz erniedrigt werden kann, beim Erfindungsgegenstand viel größer, weil das Dünnermachen des Kristalls auf den mittleren Teil beschränkt ist. Ferner ist die Wahrscheinlichkeit, daß der Kristall bei starken Schwingungen zerbricht, viel geringer als bei dem bekannten Kristall, welcher auf beiden Seiten mit einer quer durchlaufenden Rinne versehen ist. Der bekannte Kristall führt auch leichter parasitäre Schwingungen aus, weil der Randteil des Kristalls nicht überall die gleiche Dicke besitzt.It has already become known the frequency of a quartz crystal by attaching it to humiliate a gutter. The subject of the invention is not just about it about lowering the frequency of a crystal, but at the same time the temperature coefficient leave unchanged. The subject of the invention is also the range in which the frequency can be lowered much larger because thinning of the crystal is limited to the central part. Furthermore, the probability is that the crystal breaks with strong vibrations, much less than the known crystal, which breaks on both Sides is provided with a transverse channel. The well-known crystal also leads more easily parasitic vibrations because the edge part of the crystal is not everywhere the has the same thickness.

Ferner ist es bekanntgeworden, Teile eines Kristalls gegenüber seinen anderen Teilen zuIt has also become known to assign parts of a crystal to its other parts

verbreitern, um trotz kleiner Dimensionen des Kristalls zu tiefen Eigenfrequenzen zu gelangen. Es handelt sich hier also nicht um das Abgleichen der Schwingungsfrequenz des Kristalls ohne Veränderung des Temperaturkoeffizienten der Frequenz.broaden in order to achieve low natural frequencies despite the small dimensions of the crystal. So it is not a matter of adjusting the oscillation frequency of the crystal without changing the temperature coefficient the frequency.

In der nachstehenden Beschreibung sind in üblicher Weise die senkrecht zueinander stehenden Achsen X, Y und Z die elektrische, ίο die mechanische und die optische Achseeines piezoelektrischen Kristalls. Die orthogonalen Achsen X', Y' und Z' ergeben die Richtungen der Flächen eines piezoelektrischen Körpers, der bestimmte Winkel mit einer oder sämtliehen Achsen λ', Y und Z bildet. Wenn die Orientierung durch eine Drehiung um die elektrische oder λ'-Achse, wie sie in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wird, erreicht wird, ist der Orientierungswinkel Θ der Winkel zwischen der optischen Achse Z und der Achse Z'.In the description below, the mutually perpendicular axes X, Y and Z are conventionally the electrical, ίο the mechanical and the optical axes of a piezoelectric crystal. The orthogonal axes X ', Y' and Z 'give the directions of the surfaces of a piezoelectric body which forms certain angles with one or all of the axes λ', Y and Z. If the orientation is achieved by a rotation about the electrical or λ 'axis, as described in an exemplary embodiment of the invention, the orientation angle Θ is the angle between the optical axis Z and the axis Z'.

Die in den Abb. ι und 2 dargestellten Kristallelemente können als relativ dünne, rechteckige Platten aus einem Quarzkristall herausgeschnitten werden, wobei * die sich gegenüberliegenden Haupt- oder Elektrodenflachen 2 und 3 im wesentlichen quadratisch sind. Zwei sich gegenüberliegende Flächen 4 und 5 sind parallel zu einer elektrischen oder „Y-Achse, wobei letztere senkrecht zu der Ebene der Abb. 1 und 2 ist. Die anderen sich gegenüberliegenden Flächen 6 und 7 sind senkrecht zur ,Y-Achse, wobei die Hauptflächen 2 und 3 einen spitzen Winkel Θ mit der optischen Achse von etwa ■—■ 53° oder von --38' bilden. 10 und 12 sind Elektroden an den quadratischen Hauptsachen 2 und 3 des Kristalls 1. «-The crystal elements shown in Figs. Ι and 2 can be cut out of a quartz crystal as relatively thin, rectangular plates, where * the opposing main or electrode surfaces 2 and 3 are essentially square. Two opposing surfaces 4 and 5 are parallel to an electrical or "Y" axis, the latter being perpendicular to the plane of Figs. The other opposing surfaces 6 and 7 are perpendicular to the Y-axis, the main surfaces 2 and 3 forming an acute angle Θ with the optical axis of about 53 ° or -38 '. 10 and 12 are electrodes on the square principals 2 and 3 of the crystal 1. «-

Der Kristall wird zu Scherungsschwingungen in der Ebene XZ' erregt, so daß die quadratische Kristallplatte einer periodischen Deformation in Form eines Rhombus ausgesetzt wird, wobei die Schwingungsfrequenz durch die Hauptabmessungen χ und 2' der Kristallplatte 1 bestimmt wird. Die Kopplungswirkungen zwischen der gewünschten Sehwingungsart und den unerwünschten Schwingungen des Kristalls können auf einen geringen Wert herabgesetzt werden, wenn die Stärke y' im Verhältnis zu den Abmessungen α der Kristallplatte 1 klein gemacht wird.The crystal is excited to shear vibrations in the plane XZ ' , so that the square crystal plate is subjected to a periodic deformation in the form of a rhombus, the vibration frequency being determined by the main dimensions χ and 2' of the crystal plate 1. The coupling effects between the desired type of visual vibration and the undesired vibrations of the crystal can be reduced to a small value if the thickness y ′ is made small in relation to the dimensions α of the crystal plate 1.

Wenn eine der Hauptdimensionen χ oder 2' der Hauptfläche verkleinert wird, so wird dadurch die Schwingungsfrequenz erhöht. Demnach kann durch Wahl der Dimensionen χ und z' im wesentlichen die Schwingungsfrequenz des Kristalls festgelegt werden. Die Frequenz kann beispielsweise in dem Bereich von 30 bis 500 kHz liegen. Bei Frequenzen unter 80 kHz soll vorzugsweise der negative Winkel von beispielsweise — 53", der in der Abb. ι gezeigt ist, benutzt werden. Bei höheren Frequenzen als 200 kHz ist der positive Winkel von beispielsweise -f- 38^s nach Abb. 2 zu benutzen, während einer dieser Winkel bei Frequenzen zwischen 80 und 200 kHz zur Verwendung kommen kann. Es ist an sich bekannt, daß Quiarzkristalle bei den angegebenen Winkeln Nullstellen für den Temperaturkoeffizienten der Frequenz besitzen.If one of the main dimensions χ or 2 'of the main surface is reduced, the oscillation frequency is increased as a result. Accordingly, by choosing the dimensions χ and z ', the oscillation frequency of the crystal can essentially be determined. The frequency can be, for example, in the range from 30 to 500 kHz. At frequencies below 80 kHz, the negative angle of for example -53 ", which is shown in Fig. Ι, should preferably be used. At frequencies higher than 200 kHz, the positive angle of -f- 38 ^s according to Fig. 2 is to be used use, while one of these angles can be used at frequencies between 80 and 200 kHz.It is known per se that quartz crystals have zero points for the temperature coefficient of the frequency at the specified angles.

Wenn der fertiggeschnittene Kristall nicht genau die richtige Frequenz hat, wird zur Verringerung der Frequenz der mittlere Teil der Kristallplatte dünner gemacht, und zwar durch Abschleifen zu einer symmetrischen sphärischen Höhlung 40 und 42 (Abb. 3 und 4). Die Frequenz des Kristalls kann danach durch symmetrisches Abschleifen des Randes der Hauptflächen 2 und 3 wieder erhöht werden, wie es bei 44 und 45 in den Abbildungen angedeutet ist. Während die Frequenz des Kristalls 1 auch durch Abschleifen einer oder aller vier Flächen 4 bis 7 erhöht werden kann, wodurch die Elektrodenflächen 2 und 3 verringert werden, verändert das- vorhin beschriebene Verfahren: zur Erhöhung oder zur Herabsetzung der Frequenz die Frequenz weniger, als wenn die Kanten abgeschliffen werden. Wenn eine Platte durch symmetrisches Ausschleifen der Mitte oder des Randes dünner gemacht wird, kann die Frequenz auf einen bestimmten Wert herab- oder heraufgesetzt werden, ohne daß der Orientierungswinkel oder der Temperaturkoeffizient der Frequenz bei dieser Korrektur der Eigtenfrequenz des Kristalls verändert wird. Es wird also eine Kristallplatte nicht dadurch mehr unbrauchbar, daß die Frequenz durch übermäßiges Abschleifen einen höheren als den beabsichtigten Wert erhält.If the finished crystal does not have exactly the right frequency, the Reducing the frequency made the central part of the crystal plate thinner, namely by grinding to a symmetrical spherical cavity 40 and 42 (Figs. 3 and 4). The frequency of the crystal can then be adjusted by symmetrically grinding the edge of the Major surfaces 2 and 3 can be increased again, as at 44 and 45 in the figures is indicated. While the frequency of the crystal 1 can also be achieved by grinding off an or of all four areas 4 to 7 can be increased, whereby the electrode areas 2 and 3 are reduced, changes the procedure described above: to increase or to Lowering the frequency makes the frequency less than if the edges were ground off will. If a plate by symmetrically grinding out the center or the edge is made thinner, the frequency can be decreased or increased to a certain value without affecting the orientation angle or the temperature coefficient of the Frequency with this correction of the natural frequency of the crystal is changed. It will So a crystal plate is no longer unusable because the frequency is excessive Grinding is given a higher value than the intended value.

Obwohl die Abgleichung der Schwingungsfrequenz in Verbindung mit den besonderen in den Abb. 1 und 2 dargestellten Kristallen beschrieben ist, kann dieses Verfahren auch bei anders orientierten Kristallen Verwendung finden, und zwar bei jedem Kristall, dessen Frequenz durch die Hauptabmessungen bestimmt ist.Although the adjustment of the vibration frequency in conjunction with the particular is described in the crystals shown in Fig. 1 and 2, this process can also with differently oriented crystals are used, namely with every crystal whose Frequency is determined by the main dimensions.

Claims

Patent claims:

i. Method for adjusting the oscillation frequency of a piezoelectric Crystal plate, the frequency of which depends essentially on the dimensions of the main surface of the plate, without change of the temperature coefficient of frequency, characterized in that only the central part of at least one of the Major surfaces of the plate are symmetrically thinned so that the boundary of the thinned part is made to all edges

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the plate is symmetrical and / or that the edge parts between the middle Part of the crystal pile and the edges are made evenly thinner.

2. The method according to claim i, characterized in that the central part of the Crystal plate is spherically concave hollowed out.

3. According to the method of claim 1 made of quartz crystal plate, characterized characterized in that their electrode surfaces are substantially parallel to an electrical axis of the crystal, while they are opposite to the optical axis have an inclination of about -f- 38 ° or -53 °.

1 sheet of drawings