如何将压电陶瓷片与金属结合?
一般情况下采用环氧树脂将金属片和压电片贴合,其他胶水基本上不可用。用丝印或点胶的方式涂布胶水。胶水需要完全固化,固化过程中需要压紧,否则可能造成贴合后的蜂鸣片阻抗高甚至完全没有性能。粘贴强度的检验有两个通用的标准:一是用一根直径与压电陶瓷片直径相同的圆棒,将金属基片一面紧贴圆棒表面弯曲,陶瓷片允许开裂,但不能脱落;还有一个就是在陶瓷片上焊接导线,平行于直径方向和垂直于直径方向各一条,然后将蜂鸣片固定,用拉力计测试,垂直方向的拉力大于2.5N,水平方向的拉力大于20N。
压电陶瓷片与金属基片贴合之后在交流电场激励下能够振动发声,但因为与空气的声阻抗不匹配,所以发出的声音很微小;蜂鸣器就是把压电蜂鸣片通过一定的固定方式装在一定体积的腔体中,产生共鸣,以得到放大的声音。也有人直接把蜂鸣片叫做压电陶瓷片或压电片,这是不规范的。
1蜂鸣片
压电式蜂鸣片是一种由金属基片(如铜片、不锈钢片)和压电陶瓷片贴合而成的发声元件,具有厚度薄、质量轻、发音清晰、抗电磁干扰、功耗低、可靠性高的特点,被广泛用作指针式石英手表、液晶式石英手表的发声部件,其均被贴合于手表的后盖上。这种发声元件的声源主要来自压电陶瓷片的受迫振动。当在蜂鸣片的两端施加极性不同的电压时,由于压电陶瓷片的逆压电效应,就会产生伸展和收缩的来回横向变形,从而带动金属基片上下弯曲振动。电压大小不同,压电陶瓷片的形变也不同,进而导致金属基片的弯曲幅度也不同。当施加不断变化的交流电压时,金属基片就会周期性地上下弯曲,带动周围的气流振动产生声波。
然而,虽然指针式石英手表和液晶式石英手表都是采用压电式蜂鸣片作为发声元件,但是它们闹铃的发声原理却不完全相同。
指针式石英手表
钟表闹铃发声原理:罗西尼雅尊商务系列公务腕表7615
罗西尼雅尊商务系列公务腕表7615(6点位小眼为闹响)
当指针式石英手表的齿轮传动到预先设定的闹铃时刻时,机心内部支撑齿轮的凸出部分会滑入另一个底部齿轮的凹孔中,使得电路接通,接着振荡电路就会输出音频信号电压,经过升压后推动蜂鸣片振动发声。随着齿轮的继续转动,下落的齿轮又会被慢慢抬起,触点断开,电路关闭,声音停止。
液晶式石英手表
钟表闹铃发声原理:带有闹铃功能的液晶式石英手表
由于液晶式石英手表无指针和传动轮系,主要靠电子机心的控制芯片和集成电路进行闹铃时刻的设定。电子机心的微控制器(MCU)会对设定的闹铃时刻信息进行读写控制。当闹铃时刻到来时,机心的振荡电路就会输出一个周期性脉冲信号(比如“滴滴”声),经过升压后推动蜂鸣片振动发声。
2蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,由于发音较洪亮,被广泛应用于石英钟(包括指针式和液晶式)内部,主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。
压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电式蜂鸣片、阻抗匹配器、共鸣箱和外壳组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成,当接通电源后,它就会起振输出1.5~4.0kHz的音频信号,通过阻抗匹配器升压推动压电式蜂鸣片发声,共鸣箱将声波增强。
电磁式蜂鸣器由多谐振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片和外壳组成。接通电源后,多谐振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈使得其产生磁场,振动膜片在电磁线圈和磁铁的共同作用下周期性地振动发声。