IT8224857A1 - Isolatore elettrico accoppiato meccanicamente comprendente una stabilizzazione a più uscite - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell invenzione industriale dal titolo "ISOLATORE ELETTRICO ACCOPPIATO MECCANICAMENTE COMPRENDENTE UNA STABILIZZAZIONE A PIU' USCITE"
RIASSUNTO
Un isolatore elettrico utilizza le qualit? piezoelettrl ohe d'una lamina polimerica avente una prima coppia di elettrodi d'azionamento, una coppia di elettrodi di percezione ed una serie di coppie d'elettrodi d'uscita. La coppia d'elei; trodi di percezione ? collegata in modo da comandare un ampljL ficatore d'azionamento per far s? ohe esso mantenga un'uscita costante o un livello d'azionamento costante per compensa re variazioni nella caratteristica della lamina polimerica per fornire un'immagine fedele isolata elettricamente del se, gnale di entrata alle coppie d'elettrodi d'uscita.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda isolatori elettrici e pi? specificatamente un isolatore elettrico accoppiato mecca nlcamente in grado di fornire una molteplicit? di uscite isolate e comprendente una disposizione per compensare le varia zioni elettriche derivanti da variazioni nelle propriet? del la polllcola isolante.
L 'isolamento di due o pi?.circuiti elettrici richiede il trasferimento di potenza e/o d'informazione attraverso mezzi diversi dalla corrente elettrica. Esistono isolatori implegaja ti, ad esempio: radiazioni magnetiche (radio), luce (fotolsolatori).
Pellicole polimeriche piezoelettriche, ad esemplo di poli vinilidenfluoruro , possono essere impiegate per trasdurre segnali elettrici applicati in deformazioni meccaniche entro la pellicola stessa. Il processo ? reversibile, e quindi la deformazione meccanica pu? essere convertita in segnali elettrici. la deformazione meccanica costituisce perci? un ulteriore mezzo per 1<impiego in un isolatore di circuiti elettrici.
Il polivinilidenfluorurp (PVDF o PVF ) ? un polimero che ha delle eccellenti propriet? piezoelettriche. Tuttavia si ? osservato che le "costanti" piezoelettriohe del materiale variano nel campo di temperatura associato con ambienti umani (vedi W.D. Cragg e H.W. Tester, "Telephone Trasducere using Piezoeletrio Polymer Foil1; ,Elettrioal Oommunioation,
N. 52 1977) e tali variazioni sono ripetibili purch? non venga superata Una oerta temperatura massima. Al di sopra di tale massimo la variazione nella sensibilit? diventa irreversibile e dipende dal tempo (vedi J.M. Powers, "Effeots of Tempo rature on th? Aging Bate of Piezoeletrio Polymer", presentato al 94 incontro della Acoustioal Society of America 1977.
la presente invenzione riguarda una tecnica par la costruzione di un isolatore a pellicola polimera piezoelettrica economico. La pellicola piezoelettrica di accoppiamento ? fis. sata in corrispondenza di due o pi? punti distinti in maniera da definire la lunghezza dei mezzi di accoppiamento ed ? sollecitata per garantire la presenza di una deformazione statica entro la pellicola di accoppiamento. La pellicola ha, sulle sue superfici opposte una configurazione specifica di mate riale conduttivo. Il materiale conduttivo forma due o pi? eie menti distinti attivi dell'isolatore. Il materiale conduttivo della configurazione forma pure i mezzi di collegamento elettrici con gli elementi attivi. Una prima coppia degli elementi attivi ? collegata ad un circuito elettronico per applicare un segnale elettrico ad esso, ed una seconda ed altre coppie, tranne la terza coppia, degli elementi attivi sono associati con altri circuiti elettronici per captare il segnale indotto nella seconda ooppia di elementi attivi. Il seoondo circuito ed altri oir?uiti elettronici non sono collegati al primo oircuito elettronico tranne che attraverso l'accoppiamento meccanico della pellicola Una terza ooppia di elementi attivi ? collegata al Circuito elettronico che aziona la prima ooppia di elementi attivi per variare la sua amplificazione in funzione del segnale percepito dagli elementi.
Uei disegni:
la figura 1 ? una vista prospettica illustrante la lamina polimerica piezoelettrica, con le aree conduttrici su di essa;
la figura 2 ? una vista in pianta rappresentante la lami na polimerica piezoelettrica ed il posizionamento relativo delle aree conduttrici su di essa;
la figura 3 ? una vista prospettica mostrante il posizio namento d'un elemento che provoca deformazioni; e
la figura 4 ? un disegno circuitale mostrante come l'iso, latore dell'invenzione pu? essere collegato elettricamente.
Facendo ora riferimento alla figura 1, in essa ? illustra ta una vista laterale di una lamina polimerica piezoelettrioa 1, un primo mezzo di ritenzione 2, ed un secondo mezzo di ritenzione 3 disposti in modo tale che entrambi tali mezzi si combinino per garantire che la lamina 1 abbia ad essere fissa ta in lunghezza tra i punti di vincolo o ritenzione 4 e 5. 11 polimero piezoelettrico pu? essere costituito da polivinilideti fluoruro. Delle cavit? 6 e 7 fra la lamina polimerica ed i mejs zi di ritenzione 2 e 3 sono preferibilmente incluse per protesj gere la lamina da segnali acustici esterni. Le aree 8 e 8* costituiscono strati di materiale conduttore (ad esempio alluminio), 9 e 9' nonch? 10 e 10' e 15 e 15' e sono pure aree simili di materiale conduttore, non collegate n? con 6 n? con 8'; o tra di loro. Ciascuna coppia di aree conduttrici costituisce un elemento attivo, in cui tali aree si sovrappongono.
L'applicazione di un segnale elettrico tra qualsiasi ooppia di aree conduttrici, per esempio le aree conduttrici 8 e 8', determiner? una deformazione nella lamina polimerica a causa delle propriet? piezoelettriche di tale lamina. Tale d.e formazione ? presente in corrispondenza di una parte qualsiasi della lamina fra i punti di vincolo 4 e 5; quindi, a causa delle propriet? piezoelettriche di tale lamina, un segnale elettrico sar? prodotto in corrispondenza di ognuna delle coppie di aree conduttrici simili 9 e 9'; 10 e 10' e 15 e 15'.
La figura 2 rappresenter? in una vista in pianta le aree conduttrici in relazione alla superficie della lamina.
Facendo riferimento alla figura 2, il numero 1 indica la lamina polimerica piezoelettrica, 4 e 5 indicano i punti di ritenzione o di vincolo, 11 e 11' rappresentano fori opzionali per favorire la protezione meccanica ed acustica della pajr te attiva della lamina, 12 e 12' rappresentano i mezzi di col, legamento alle aree conduttrici 8 e 8', e analogamente 13 e 13', 14 ? 14' e 16 e 1.6* rappresentano i mezzi di qollegamen--to rispettivamente alle aree conduttrici 10 e 10'; 9 ? 9' e 15 e 15? .
Per essere sicuri di poter ottenere entrambe le polarit? della deformazione sovrapposta derivanti da entrambe le polarit? del segnale elettrico, entro la lamina, essa deve essere in uno stato di deformazione. L'assenza di pressione statica permetterebbe soltanto l ' esistenza di deformazioni per trazio ne sovrapposte.
la pressione statica pu? essere fornita deformando la la mina dopo che ? stata bloccata in corrispondenza di punti di ritenzione da una forma rigida 17, come mostrato nella figura 3, o da una forma elastica; quest'ultimo tipo dar? luogo ad un accoppiamento acustico tra gli elementi attivi oltre allo accoppiamento meccanico tra gli elementi attivi sulla lamina ed esagerer? la necessit? di proteggere la lamina da segnali acustici esterni se tale protezione ? necessaria per un'appli cazione specifica dell'isolatore. Una forma rigida sarebbe preferibilmente come mostrato nella figura 3, dove 17 ? una sporgenza di mezzi di trattenuta 3 in modo da stirare la lami na 1 sino ad una lunghezza 4-17-5 ohe ? maggiore della lunghezza 4-5. Tutti gli elementi attivi sono previsti sulla par te della lamina che si trova tra 4 e 17*
La deformazione nella lamina tra i punti di vincolo 4 e 5 ? subita in modo eguale da tutti gli elementi attivi formati dalle zone 9 e 9'; 10 e 10' e 15 e 15', il segnale elettrico prodotto in corrispondenza di ognuno di tali elementi "attivi dovrebbe pertanto essere eguale. L'impedenza di sorgente degli elementi attivi 9 e 9', 10 e 10? e 15 e 15' dipende dall'area di tali elementi ed 1.segnali elettrici effettivi (tensioni) dipendono quindi dall'impedenza dei circuiti elettrici collegati a tali elementi; dato ohe le aree effettive sono inversa mente proporzionali alle impedenze effettive dei circuiti col^ legati, allora le tensioni reali saranno eguali.
Non ? necessario che le aree di un qualsiasi elemento a_t tivo siano eguali; quindi tali aree e le loro forme, in una particolare attuazione, possono essere scelte per rendere ottimale la separazione fisica delle aree conduttrici in modo da ottenere l'isolamento elettrico richiesto per un'applicazione particolare.
la figura 4-mostra un'applicazione elettrica del sistema meccanico a deformazioni accoppiate descritte nelle figure da I a 3. la pellicola piezoelettrica ? mostrata con una l?nea a tratti tra gli elementi attivi 8 e 8', 9 e 9', 10 e 10? e 15 e 15'. Tali elementi sono mostrati ognuno con l'elemento con l'apice collegato ad un potenziale a massa comune, masse sepa^ rate essendo mostrate per ogni lato dell'isolatore. Gli elementi d'entrata o d'azionamento 8 e 8' sono collegate all'usci ta dell'amplificatore d'entrata 16. Il segnale d'entrata viene applicato in corrispondenza dei terminali indicati con Via attraverso una rete di resistenze R1 e R2 e la massa d'entrata al terminale d'entrata non invertitore dell'amplificatore. II segnale generato piezoelettrico percepito in corrispondenza degli elementi attivi 10 e 10' viene inviato all'entrata in vertitrice dell'amplificatore. Il segnale proveniente dagli elementi d'azlonament? attraverso la rete costituita dalle resi, stenze R3 o R4 nel perc?rso In serie e dal condensatore C1 collegato a massa dal punto di giunzione delle resistenze ? anche applicato all'entrata invertitrice dell'amplificatore 16 in modo da assicurare la corretta polarizzazione a tale ampli, ficatore; il condensatore C1 bipassa efficacemente le variazioni nella tensione d'uscita a massa, cosicch? la reazione all'amplificatore ? soltanto della tensione prodotta in corri spondenza degli elementi 10/10?. Una delle uscite isolate ? prelevata dagli elementi attivi 9 e 9* attraverso i conduttori 14 e 14* mentre un'altra uscita ? mostrata prelevata dagli elementi attivi 15 e 15* attraverso 1 conduttori 16 e 16'.
La deformazione S ? correlata alla tensione applicata agli elementi 8 e 8', 7?, mediante una certa costante la tensione prodotta in corrispondenza degli elementi 10 e 10', Vy, ? correlata alla deformazione S mediante una certa altra costante Kg e analogamente la tensione prodotta in corrispondenza dell'elemento 9 e 9'* Vz, ? correlata alla deformazione S mediante una costante L'azione per gli elementi 15 e 15' sarebbe analogamente correlata (nei casi in cui e siano funzioni della struttura fisica ed anche delle propriet? piezoelettriche della lamina).
e per soddisfare alle condizioni di funzionamento dell'ampllficatore 16
e dell1amplificatore 17
indipendente dalle propriet? piezoelettriche della lamina polimerica.
La disposizione circuitale associata agli elementi 9/9 della figura 4 pu? essere riprodotta per fornire un certo numero di uscite reciprocamente isolate, ognuna con la sua propria transconduttanza definita, puroh? la disposizione meccani ca assicuri che l? deformazione indotta nella lamina venga su bita in modo eg?al? dagli elementi previsti per ogni usoita richiesta.
Claims (7)
1. Disposizione elettricamente isolante tipo elettro statico comprendente: una pellicola piezoelettrica come mezzo d'accoppiamento con mezzi per indurre una deformazione nella pellicola piezoelettrica;
una prima molteplicit? di aree elettricamente conduttrici disposte su superficl sovrapponentisi opposte della pellicola;
una seconda molteplicit? di aree elettricamente conduttrl ci disposte sulle superfici sovrapponentisi opposte della pel_ licola, lontano dalla prima molteplicit? d? aree elettricamen te conduttrici;
una terza molteplicit? d? aree elettricamente conduttrici sulle superfici sovrapponentisi opposte della pell?cola, lontra no dalla prima e seconda molteplicit? d? aree elettricamente conduttrici;
ed una quarta molteplio?t? di aree elettricamente condui; trici spostate sulle superfici sovrapponentisi opposte della pellicola, lontano dalla prima e seconda molteplicit? di aree elettricamente conduttrici;
degli elettrodi separati per ognuna delle aree elettricamente conduttrici;
un amplificatore d'entrata comprendente un'entrata inveR titr?ce ed una entranta non invertitr?ce nonch? un' uscita;
dei mezzi che collegano l ' uscita dell 'amplificatore con gli elettrodi dexla prima molteplicit? d? aree elettricamente conduttrici;
un secondo mezzo che collega gli elettrodi della terza molteplicit? di aree elettricamente conduttrici alla prima en trata d'invertitrice dell'amplificatore;
tale amplificatore essendo azionato in seguito all'appli cazione di segnali elettrici all'entrata non invertitrice del l'amplificatore per applicare segnali alla prima molteplicit? di aree elettricamente conduttrici attraverso gli elettrodi corrispondenti , tale pellicola essendo atta a funzionare in modo da indurre un segnale elettrico nelle altre aree elettrjl camente conduttrici, tale entrata invertitrice dell'amplifica tore essendo collegata alla terza molteplicit? di aree elettricamente conduttrici cosicch? i segnali percepiti dalla ter za molteplicit? di aree elettricamente conduttrici modificano l'uscita dell'amplificatore ed in conformit? i segnali corrispondenti generati sugli elettrodi per la seconda e quarta molteplicit? di aree elettricamente conduttrici.
2. Disposizione elettricamente isolante del tipo di?ttro statico secondo la riv. 1, e comprendente inoltre uha rete di resistenze collegata all'entrata non invertitrice dell 'amplificatore per ottenere un livello di segnale richiesto in corri spondenza della seconda e quarta molteplicit? di aree elettricamente eonduttfriei per un dato livello di segnale d' entrata.
3. Disposizione elettricamente isol?nte del tipo elettrjo statico secondo la riv. 1 o 2 e comprendente inoltre uh ampli^ ficatore d'uscita avente un'entrata ed un'uscita, tale entrata essendo collet ta alla seconda molteplicit?, di aree condut trici.
4. Disposizione elettricamente isolante del tipo elettro statico secondo la riv. 3 e comprendente inoltre una rete di resistenze collegate all'amplificatore per ottenere un livello di segnale d'uscita richiesto per un dato livello di segna le d'entrata.
5. Isolatore elettrico del tipo elettrostatico secondo la riv. 1 o 2, in cui la pellicola piezoelettrica ? di polivinili denfluoruro.
6. Isolatore elettrico del tipo elettrostatico secondo la riv. 5, in cui ogni molteplicit? di aree conduttrici ? costituita da due aree.
7. Isolatore elettrico del tipo elettrostatico secondo la riv. 5, io cui la pellicola piezoelettrica ? orientata -8* Isolatore elettrico del tipo elettrostatico secondo la riv. 5, in cui le areerconduttrici'sono di alluminio.
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