1、中华人民共和国国家标准压电晶体性能测试术语国家技术监督局 批准 实施本标准规定了声表面波体波器件用压电晶体性能测试常用名词术语的定义及符号适用于压电晶体性能测试符号表本标准所采用的符号 名称及单位见下表序号符号名称单位面积宽度电容压电振子等效电路的并联电容压电振子等效电路的动态电容受夹电容自由电容有效弹性常数弹性劲度常数弹性劲度常数分量开路弹性劲度常数开路弹性劲度常数分量短路弹性劲度常数短路弹性劲度常数分量直径上标 电位移为零或恒定电位移分量压电应变常数压电应变常数分量 或上标 电场强度为零或恒定矫顽电场强度电场强度分量续表序号符号名称单位压电应力常数压电应力常数分量 或频率反谐振频率 零电抗
2、 电阻大最大导纳最小阻抗 频率最小导纳最大阻抗 频率并联谐振最大电阻 频率谐振频率零电纳电导大串联谐振最大电导 频率第 次泛音反谐振频率第 次泛音谐振频率反谐振频率与谐振频率之差最大传输频率最小传输频率并联谐振频率与串联谐振频率之差压电电压常数 或压电电压常数分量压电劲度常数 或压电劲度常数分量平面机电耦合系数声表面波机电耦合系数纵向长度伸缩机电耦合系数横向长度伸缩机电耦合系数厚度切变机电耦合系数厚度伸缩机电耦合系数长度压电振子等效电路的动态电感压电振子的优值频率常数电矩热释电系数一级热释电系数二级热释电系数电极化强度剩余电极化强度续表序号符号名称单位自发极化强度方向的自发极化强度分量电荷机械
3、品质因数压电振子等效电路的动态电阻应变应变分量弹性顺度常数弹性顺度常数分量开路弹性顺度常数开路弹性顺度常数分量短路弹性顺度常数短路弹性顺度常数分量时间厚度热力学温度铁电居里温度延迟时间的温度系数速度的温度系数应力应力分量速度表面电场短路后的速度群速声表面波速度相速度线热膨胀系数介质隔离率介质隔离率分量受夹介质隔离率受夹介质隔离率分量自由介质隔离率自由介质隔离率分量电容比介电常数续表序号符号名称单位介电常数分量受夹介电常数自由介电常数自由介电常数分量真空介电常数自由相对介电常数受夹相对介电常数密度角度平面角角频率一般术语单晶体如果一种晶体中的原子或它形成的基元周期性地由晶体的一端连续排列到另一端
4、中间没有排列方位的改变而且任何方向都如此则这种晶体称为单晶体晶系晶体学中按晶体所具有的宏观对称分成七大类称为七个晶系每个晶系具有一种特征对称 凡具有该特征的晶体归属于该晶系七个晶系 即三斜晶系 单斜晶系 正交晶系 斜方晶斜 四方晶系 三方晶系 六方晶系 立方晶系点群通过一点组合在一起的对称元素的所有对称操作形成一种点群晶体的宏观对称性中有八种基本对称元素 即 和 晶体所具有的宏观对称就是这些对称元素或它们过一点的组合 共有 种组合 称为 种点群或宏观对称类型空间群分布在空间的包括宏观对称元素和微观对称元素在内的对称元素的组合 称为空间群 共有种组合即 种空间群点阵晶体结构中相同的点原子离子分子
5、或它们形成的基元 在空间作周期性重复排列的总体称为点阵直角坐标系参考晶轴而规定的笛卡儿座标垂直伸出右手三个指头食指代表 轴中指代表 轴 大拇指代表 轴切型晶体在直角座标系中按某种空间取向切割的方式切型符号用来表示晶片切型的一组符号该符号由字母 和角度组成注 该符号的头两个字母表示晶片的原始方位第一个字母 或 代表晶片的厚度方向第二个字母 或 代表晶片的长度方向如图 所示符号中的其余字母表示旋转切割时晶片的边棱符号中的第三个字母是 或 视晶片第一次旋转时的旋转轴是长度方向 宽度方向还是厚度方向而定 如果只有一次旋转符号只有三个字母如图 所示符号中的第四个字母是 或 视晶片第二次旋转时的旋转轴所在
6、的方向而定如果只有两次旋转符号中只有四个字母 如图 所示符号中的第五个字母是 或 视晶片第三次旋转时的旋转轴所在的方向而定 在这组符号中 无需多于五个字母 一个三次旋转切割如图 所示符号字母后面是一个二个或三个旋转角分别对应一次二次三次旋转 负方向旋转角用负号表示从旋转轴的正端向原点看旋转方向时 正角度表示反时针方向旋转 负角度表示顺时针方向旋转和 所在的轴的正端是三个坐标轴 的正方向指向端图 几种切型示意图自发极化外电场为零时铁电晶体内由于电偶极子有序排列而产生的极化极化处理在某一温度下外加直流电场 使铁电晶体的铁电畴沿外电场方向作有序排列的过程称为极化处理 简称为极化铁电晶体呈现电滞回线特
7、性的晶体铁电畴铁电晶体内自发极化方向一致的区域称为铁电畴 两个畴之间的界面称为畴壁电滞回线铁电晶体在外加交变电场的作用下电场强度呈周期性变化时表示电极化强度和电场强度滞后关系的闭合曲线 如图 所示图 铁电晶体电滞回线剩余电极化强度 自发极化强度矫顽电场强度电极化强度单位体积内电介质的电矩矢量和式中 电矩电荷正负电荷间的矢径剩余电极化强度去掉电场后电介质的电极化强度矫顽电场强度使铁电体的电极化强度回到零所需要的外加电场强度铁电居里温度铁电体从铁电相到顺电相或从顺电相到铁电相的相变温度自由电容压电晶体在应力为零或常数 时的电容它的值等于频率远低于振子的基频时测得的电容受夹电容压电晶体在应变为零或常
8、数 时的电容 它的值等于频率远高于振子高次泛音频率时测得的电容介电常数电容率描述电位移与电场强度关系的一个二阶张量用 表示 它所满足的矩阵关系式为式中 电位移电场强度自由介电常数自由电容率压电晶体在应力为零或常数 时的介电常数用 表示受夹介电常数受夹电容率压电晶体在应变为零或常数 时的介电常数用 表示自由相对介电常数 自由相对电容率压电晶体的自由介电常数与真空介电常数之比式中 自由介电常数真空介电常数受夹相对介电常数 受夹相对电容率压电晶体的受夹介电常数与真空介电常数之比式中 受夹介电常数真空介电常数介质隔离率描述压电晶体的电场强度与电位移关系的一个二阶张量 用 表示 它所满足的矩阵关系式为与
9、 互为逆矩阵式中 电位移介电常数自由介质隔离率压电晶体在应力为零或常数 时的介质隔离率用 表示受夹介质隔离率压电晶体在应变为零或常数 时的介质隔离率用 表示介电损耗电介质从时变电场中吸收并以热的形式耗散的能量机械品质因数压电振子在谐振时贮存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比用 表示它与压电振子参数的关系为式中 串联谐振频率动态电感动态电阻动态电容电容比压电振子等效电路中的并联电容与动态电容之比式中 并联电容动态电容压电振子的优值压电振子的机械品质因数与电容比之比式中 机械品质因数电容比动态电阻压电振子简化等效电路的串联支路中表示机械损耗的电阻弹性常数描述弹性体应变与应力关系的四阶张量 它所
10、满足的矩阵关系式为或式中 弹性顺度常数弹性劲度常数应力应变弹性顺度常数应力分量改变一个单位所引起应变分量的变化量有两种表示式或式中 开路弹性顺度常数分量短路弹性顺度常数分量应变分量应力分量上标 电位移为零或恒定上标 电场强度为零或恒定弹性劲度常数应变分量改变一个单位所引起应力分量的变化量有两种表示式或式中 开路弹性劲度常数分量短路弹性劲度常数分量应变应力上标 电位移为零或恒定上标 电场强度为零或恒定压电效应在压电振子的适当方向加一机械力时能产生与应变成正比的电极化 这种现象称为正压电效应简称压电效应 反之 压电振子在外电场作用下能产生与电场成正比的应变 这种现象称为逆压电效应压电晶体具有压电效
11、应的晶体压电常数描述压电材料的力学量和电学量之间耦合关系的三阶张量有四种压电常数 即压电应变常数压电应力常数压电电压常数 压电劲度常数 它们所满足的矩阵关系式为或或压电应变常数应力恒定或为零 时电场强度的变化引起应变的变化量与电场强度变化量之比 或电场恒定或为零 时应力的变化引起电位移的变化量与应力变化量之比或式中 电场强度分量电位移分量应变分量应力分量压电应力常数应变恒定 或为零时电场强度的变化引起应力的变化量与电场强度变化量之比 或电场恒定或为零 时应变的变化引起电位移的变化量与应变变化量之比或式中 电位移分量电场强度分量应变分量应力分量压电电压常数电位移恒定 或为零时应力的变化引起电场强
12、度的变化量与应力变化量之比 或应力恒定或为零 时 电位移的变化引起应变的变化量与电位移变化量之比或式中 电位移分量电场强度分量应变分量应力分量压电劲度常数应变恒定 或为零 时电位移的变化引起应力的变化量与电位移变化量之比或电位移恒定或为零 时 应变的变化引起电场强度的变化量与应变变化量之比或式中 电位移分量电场强度分量应变分量应力分量电致伸缩效应某些压电晶体在电场作用下因感应极化产生弹性应变 且应变与电场的极性无关 应变的大小与电场强度的平方成正比 这种关系称为电致伸缩效应热释电效应因温度的变化使某些压电晶体的自发极化发生变化的现象称为热释电效应 具有热释电效应的晶体称为热释电晶体 热释电晶体
13、一般具有一级和二级热释电效应热释电系数自发极化强度随温度的变化率称为热释电系数式中 方向的一级热释电系数方向的二级热释电系数方向的自发极化强度分量热力学温度压电应变常数分量弹性刚度常数分量线热膨胀系数频率常数是压电晶体的某一特征频率与决定该频率的线度尺寸的乘积压电振子与特征频率压电晶体振子被覆电极 能激励振动的压电晶体称为压电晶体振子压电振子等效电路在不考虑介电损耗的条件下低阻尼单一振动模式的压电振子在谐振频率附近的参数和特性用一相应的电路来表示 这个电路称为压电振子等效电路 通常用图 所示的简化等效电路来表示图 压电振子的简化等效电路并联电容 动态电容 动态电阻 动态电感压电振子的导纳圆和阻
14、抗圆在谐振频率附近 压电振子的导纳矢量终端随频率变化在电导 电纳复平面上的轨迹圆称为导纳圆 如图 所示 同样在谐振频率附近 压电振子的阻抗矢量终端随频率变化在电阻 电抗复平面上的轨迹圆称阻抗圆 如图 所示导纳圆阻抗圆图谐振频率零电纳 电导大 反谐振频率零电抗 电阻大串联谐振 最大电导 频率 并联谐振 最大电阻 频率最大导纳 最小阻抗 频率 最小导纳 最大阻抗 频率并联电容 动态电阻 角频率谐振频率对于给定的一种振动模式 在压电振子电纳为零的两个频率中对应电导较大的一个频率称为谐振频率反谐振频率对于给定的一种振动模式 在压电振子电抗为零的两个频率中对应电阻较大的一个频率称为反谐振频率串联谐振频率
15、在压电振子等效电路中 串联支路的谐振频率称为串联谐振频率也称为最大电导频率并联谐振频率在压电振子等效电路中 并联回路的谐振频率称为并联谐振频率 也称为最大电阻频率最大导纳频率压电振子导纳最大时的频率称为最大导纳频率也称为最小阻抗频率最小导纳频率压电振子导纳最小时的频率称为最小导纳频率也称为最大阻抗频率最大传输频率包含压电振子在内的传输网络最大传输时的频率最小传输频率包含压电振子在内的传输网络最小传输时的频率基音频率在给定的一种振动模式中 最低的谐振频率称为基音频率简称基频泛音频率在给定的一种振动模式中 除基频以外的谐振频率称为泛音频率振动模式与测试方法振动模式在外电场激励下压电振子的振动方式压
16、电晶体常用的振动模式有伸缩振动模包括横向长度伸缩振动模 纵向长度伸缩振动模 径向伸缩振动模等 切变振动模横向长度伸缩振动模在如图 所示的交变电场激励下 薄长条片振子产生沿长度方向的伸缩振动 其质点振动方向与弹性波的传播方向都与电场方向垂直 这种振动模式称为横向长度伸缩振动模图 横向长度伸缩振动模纵向长度伸缩振动模在如图 所示的交变电场激励下 细长棒振子产生沿长度方向的伸缩振动其质点振动方向与弹性波的传播方向都与电场方向平行这种振动模式称为纵向长度伸缩振动模图 纵向长度伸缩振动模径向伸缩振动模在外加交变电场激励下若薄圆片振子产生沿半径方向的伸缩振动这种振动模式称为径向伸缩振动模 该模式的质点振动
17、方向与弹性波的传播方向都与半径方向平行如图 所示图 径向伸缩振动模厚度伸缩振动模在外加交变电场激励下若薄片振子产生厚度方向的伸缩振动 这种振动模式称为厚度伸缩振动模 该模式的质点振动方向与弹性波的传播方向都与厚度方向平行 如图 所示图 厚度伸缩振动模厚度切变振动模在外加交变电场激励下若与厚度方向平行的晶片截面产生切变振动 这种振动模式称为厚度切变振动模 该模式的质点振动方向与弹性波的传播方向垂直 如图 所示图 厚度切变振动模传输线路法通过测量包含压电振子在内的传输网络的最大传输频率和最小传输频率 精确确定被测压电振子的串联谐振频率和并联谐振频率的方法通常采用的传输线路法有定电压传输线路法和定电
18、流传输线路法谐振反谐振法用谐振 反谐振频率确定材料参数的方法泛音比法利用厚度振动模的泛音频率与基音频率之比来确定压电材料的某些压电耦合系数的方法电纳法由压电振子在谐振频率附近的电纳频率曲线来确定振子等效参数及振子材料参数的方法零相位法通过测量压电振子输入 输出电压间的相位差为零时的两个频率 计算材料参数的方法两个频率中较低的一个频率为谐振频率较高的一个为反谐振频率导纳圆法通过测量压电振子在谐振频率附近的导纳圆从而确定材料参数的方法静态法使试样承受一恒定力或电场 通过测量试样产生的电荷或应变 计算材料某些压电常数的方法准静态法被测样品在交变力的作用下在远低于谐振频率处测量某些压电常数的方法耦合系
19、数机电耦合系数将压电晶体中机械能和电能相互耦合程度的一个参数定义为通过逆压电效应转换的机械能输入的总电能 或通过正压电效应转换的电能输入的总机械能式中 机电耦合系数横向长度伸缩机电耦合系数表示压电振子作横向长度伸缩振动时的机电耦合系数平面机电耦合系数表示薄圆片压电振子作径向伸缩振动时的机电耦合系数厚度切变机电耦合系数表示薄片压电振子作厚度切变振动时的机电耦合系数厚度伸缩机电耦合系数表示薄片压电振子作厚度伸缩振动时的机电耦合系数纵向长度伸缩机电耦合系数表示细长棒振子作纵向长度伸缩振动时的机电耦合系数声波波媒质中传播的扰动 在媒质中的任意一点度量扰动的量都是时间的函数 而在同一时刻任意一点的这个量
20、都是它的位置的函数声表面波沿媒质表面层传播 幅值随深度迅速衰减的声波体波在物体内部传播的声波纵波媒质中质点沿传播方向振动的波横波媒质中的质点都垂直于传播方向而振动的波纯波媒质中的质点振动方向与波的传播方向严格平行或严格垂直的波严格平行的波称为纯纵波 严格垂直的波称为纯横波准纵波在各向异性介质中 一般可传播三种波 除纯波方向外 这些波的质点振动方向既不与传播方向严格平行 也不严格垂直而是成一定角度 其中比较接近于纵波的一种叫准纵波 另两种比较接近于横波的叫准横波准横波见准纵波切变波弹性媒质中使媒质各部分变形而体积不变的波纯模式方向波的能量传播方向与相位传播方向一致的方向为纯模式方向声衰减声波在传
21、播过程中声能的损耗声速声波在媒质中传播的速度相速波上相位固定的一点沿传播方向的速度频散介质声波在介质内传播时传播速度随它的频率而变化的传声介质群速一段波的包络上具有某种特性 例如幅值最大 的点的传播速度注 群速与相速只是在频散介质中才有差别声表面波速度声表面波在介质表面传播的速度声表面波延迟时间声表面波在介质表面从发送到接收的传播时间声表面波机电耦合系数声表面波机电耦合系数定义如下式中 声表面波机电耦合系数自由表面速度表面电场短路后的速度声表面波速度温度系数单位温度变化引起声表面波速度的相对变化量式中 自由表面速度热力学温度声表面波延迟时间温度系数单位温度变化引起声表面波延迟时间的相对变化量式
22、中 自由表面延迟时间热力学温度与 有如下关系式中 传播方向晶体的线热膨胀系数附录汉语索引参考件并联谐振频率波传输线路法纯波串联谐振频率纯模式方向电纳法电极化强度电容比电致伸缩效应电滞回线动态电阻导纳圆法单晶体点阵点群反谐振频率泛音比法泛音频率厚度切变振动模厚度切变机电耦合系数厚度伸缩振动模厚度伸缩机电耦合系数横向长度伸缩振动模横向长度伸缩机电耦合系数横波介电损耗介电常数 电容率介质隔离率机电耦合系数机械品质因数极化处理径向伸缩振动模矫顽电场强度晶系基音频率静态法空间群零相位法平面机电耦合系数频率常数频散介质切变波切型切型符号群速热释电系数热释电效应声表面波声表面波延迟时间声表面波延迟时间温度系
23、数声表面波速度声表面波速度温度系数声表面波机电耦合系数声衰减声速受夹介电常数 受夹电容率受夹介质隔离率受夹电容受夹相对介电常数受夹相对电容率剩余电极化强度体波铁电居里温度铁电畴铁电晶体弹性劲度常数弹性顺度常数弹性常数相速谐振频率谐振反谐振法压电电压常数压电应力常数压电应变常数压电劲度常数压电效应压电常数压电晶体压电晶体振子压电振子的优值压电振子的导纳圆和阻抗圆压电振子等效电路自由介电常数 自由电容率自由介质隔离率自由电容自发极化自由相对介电常数 自由相对电容率纵向长度伸缩振动模纵波纵向长度伸缩机电耦合系数直角坐标系振动模式准纵波准静态法准横波最大导纳频率最小导纳频率最大传输频率最小传输频率附录
24、英文索引参考件GB/T 12633-90 ferroelectric curie temperature .u.u.u. 2.17 ferroelectric domain 2.12 ferroelectric hystersis loop . .u. .u. 2. 13 figure of merit for piezoelectric vibrator .u.u. . 2. 31 free capacitance .u. . 2.18 free dielectric constant (free permitti世ty). O. . . . 2. 21 free dielectric im
25、permeability .u. 2. 26 free relative dielectric constant 他eerelative permittivity) . . 2. 23 frequency cons tant . . . 2. 46 fundamental frequency . . . 3. 12 G group velocity 6.15 L lattice 2.5 longitud拉国1length extensional electromechanical couplI唱factor. . 5. 6 longitud扭咀1length extensional vibra
26、tion mode . 4. 3 longitud扭咀1wa喃. .n. . 6. 4 M maxium admittance ftequency . .n. .n. 3.8 maxium transission ftequency . . 3. 10 m四hanicalquality factor . . . 2. 29 method of admittance circle . . . 4. 12 minimum admittance ftequency . .n. .n. 3.9 minimum tr回回扭sionfrequency . . 3. II motional r四旭tan四.
27、 . . 2. 32 。overtone ftequency .n.n.n. . 3. 13 overtone ratio method . . 4.9 P P町allelresonan四frequency . 3.7 phase velocity . .n.n. . 6. 13 piezoelectric cons tant . . n. . 2. 38 piezoelectric crystal . . . . 2. 37 piezoelectric crystal vibrator . . 3. 1 piezoelectric effect . 2. 36 piezoelectric s
28、tiffnessnstant . . 2. 42 piezoelectric strain const田1t. . . 2. 39 piezoel皿tricstressnstant .z 20 GB/T 12633-90 piezoelectric voltage constant . . . . 2. 41 planar electromechanical coupling factor 5. 3 point group . . 2. 3 poling .u. .u. 2. 10 pure mode direction . .u. . 6.10 pure wave .u.ouo. 6. 6
29、pyroelectric coefficient .u. u. . . 2. 45 pyroelectric effect .u.u. .u. . 2.44 Q quasi-longitudinal wave .u.u. 6.7 qu出i-staticmethod . . 4. 14 quasi-tr回回versewave 6.8 R radial extensional vibration mode . .u. . 4. 4 rectangular coordinates system .n. . 2. 6 residual el四tricpolariza.tion . . 2. 15 re
30、sonance-antiresonance method . . . 4. 8 resonance frequency . . . . 3.4 s series resonanl四frquency. . . 3.6 shear wave 6.9 single crystal . . 2. 1 space group . 2. 4 spontanus polarization . . . 2. 9 static method . 4. 13 surface acoustic wave . . 6. 2 susceptance method . . . . 4. 10 symbols of cut
31、 type . . . 2.8 T temperature coefficient of the delay time of surface acoustic wave . . 6. 20 temperature coefficient of the velocity of surfa四acousticwave 6. 19 thickness extensional electromechanical coupling factor . . 5.5 thickness extensional世brationmode . . . 4.5 thickne咽-shearelectromechanical coupling factor . 5.4 thickness-shear vibration mode . . . 4. 6 transmission circuit method . . 4.7 t甘r阳a田v喃e町r归sele:田n吨1唱gt仙he曰xt阳ens阻Sl旧。nalelectromech咀amc咀alcou且叩plin唱旦f如ac.眈to田r. . . 5.2 t仕r缸咀verselength extensiona1叶b怕ra皿to盯rmode . . . . . .
