SU957223A1 - Пьезоэлектрический сумматор - Google Patents

Description

(5А) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СУММАТОР

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в качестве сумматора скал рных и векторных электри ческих величин в широком диапазоне частот. Оно может быть использовано также как элемент аналоговых вычислительных систем и в автоматизирован ных системах управлени  промышленными объектами. Известны пьезоэлектрические сумма торы переменного электрического напр жени  , содержащие монолитную или составную (;клеенну1о) керамическую ос нову. Конструктивно пьезоэлектрические сумматоры выполн ютс  в виде дис ka, бруска, цилиндра и другой формы, на гран х или торцах которых попарно размещены входные и выходные элек троды. При приложении синусоидального электрического напр жени  к входным электродам за счет обратного пье зоэффекта возникают бегущие волны смещени , деформации в количестве, соответствующем i числу входных электродов . При возбуждении колебаний на линейном участке характеристики пьезоэлемента получаем сложение потоков энергии в каждой точке возбуждаемого объекта. Выходной электрический сигнал, таким образом, пропорционален суммарному значению входных напр жений Cl . Однако, несмотр  на высокую точность суммировани , помехоустойчивость и широкий диапазон рабочих частот , пьезоэлектрические сумматоры провод т лишь алгебраическое суммирование , не осуществл   геометрического ( пространственного) сложени  взаимоортогональных электрических величин . Известен пьeзoэлel tpичecкий сумматор , состо щий из трех механически жестко соединенных между собой пьезоэлемент рв в виде трехслойной пластины , котора  О/5НИМ концом жестко закреплена в корпусе. Свободный конец

пластины механически соединен с блоком регистрации :деформации, в каместве которого могут примен тьс , на пример, тензорезисторы,. фоторезисторы и другие элементы. Каждый слой j пластины содержит попарно расположенные входные электроды, которые соединены с соответствующими источниками входных электрических сигна- лов. При подаче суммируемых напр же- ю НИИ на соответстаукнчие пьезоэлементы происходит линейна  деформаци  каждого из пьезоэлементов.; В резуль тате этого пластина прогибаетс , величина и напр жение прогиба -регистри- и руетс  блоком регистрации деформации и преобразуетс  в .выходной электрический сигнал 2. . . ;

Однако этот- пьезосумматор не позвол ет геометрически суммирр.вать элек- О трические напр жени . Нар ду с этим устройство характеризуетс  сложностью , наличием дополнительного блока регистрации. .

Наиболее близким по технической . 25 сущности к предлагаемому  вл етс  пьезоэлектрический сумматору состо щий из пьезоэлемента, выполненного в виде многогранника, на гран х которого нанесены попарно три пары входных элек тродов. Выходной электрод размещен на плоскости, проход щей через диаго нали, трех смежных граней многогранни ка. Сумматор работает следующим образом , на входные электроды пьезосуиматора соответственно подаютс  входные напр жени , сдвинутые в пространстве между собой на 90°. За счет обратного пьезоэффекта пьезоэлемент возбуждаетс  и это вызывает пространственную деформацию. На выходном электроде за счет пр мого.пье зоэффекта генерируетс  напр жение, пропорциональное геометрической сумм трех ортогональных входных напр жений f 3 J. Основными недостатками данного пьезоэлектрического сумматора  вл ютс ; нелинейность компонент электрического пол  в объеме пьезоэлектрика вследствие асимметрии входных электродов, что приводит к понижению точности суммировани ; относительна  сложность конструкции, что про вл ет с  в необходимости искусственного вы делени  выходного суммирующего электрика; отсутствие полной гальваничес кой разв зки между входными и выходными электродами, что приводит к

понижению функциональной надежности сумматора (т.е. к повышению погрешности передачи информации или сигналов ). .

Цель изобретени  - повышение точности суммировани  и расширение области применени  сумматора за счет выполнени  векторного суммировани .

Поставленна  цель.достигаетс  тем что в пьезоэлектрическом сумматоре, выполненном в виде многогранника из пьезокерамического материала, три смежные грани которого -имеют форму квадрата, а на противоположных его гран х расположены попарно входные и выходные электроды, многогранник выполнен в виде куба, причем пьезокерами .ческий сумматор- снабжен дополнительными входным и выходным электродами , выполненными в виде треуголных пирамид, вершины которых расположены в диаметрально противоположных вершинах куба, а их боковые грани размещены в трех взаимоперпендикул рных прилегающих к вершине гран х куба.

На фиг. 1 показана конструкци  пьезоэлектрического сумматора; на -фиг. 2 - схема его подключени  в измерительную цепь.регистрирующего приПьезоэлектрический сумматор состоит из пьезоэлемента 1, выполненного в виде куба из пьезокерамического материала, на гран х которого одним из извесл ных способов, например металлизацией,, нанесены входные электроды 2-7 и выходные электроды 8-13. Входна  и выходна  цепи конструктивно по отношению друг, к другу симметричны . Кажда  их этих цепей содержит , один объемный и три плоских электрода. Объемный электрод представл ет собой треугольную пирамиду, вершина которой совпадает с одной из вершин куба, а боковые грани лежат в трех его взаимоперпендикул рных плоскост х. На каждую из этих плоскостей нанесены гальванические св занные друг с другом электродные секции: дл  входной цепи 2, и 6 и дл  выходной цепи 8, 9 и 12 соответственно . Вершины входного и вмходного объемных электродов расположены на диагонали куба. Каждой из составл ющих частей пространственных электродов соответствуют электроды

3, 5. 7 и 10,. И, и, расположенньо на.противоположных гран х куба.

Во входной цепи эти электроды гальванически не св заны, а в выходной цепи объединены в одну линию (фиг.2).

Сумматор работает следующим образом .

На входные электроды 3, 5 и 7 относительно общего пространственного электрода подаютс  напр жени  }-, (i и и 3 сдвинутые между собой в пространстве на 90°. За счет обратного пьезоэффекта пьезоэлемеит возбуждаетс , вследствие чего в нем возникает пространственна  деформаци . Эта деформаци  вызывает смещение той диагонали- куба, котора  пересекает вершины входного и выходного пространственных электродов. Смещение диагонали вызывает альтернативную деформацию выходной части куба, вследствие чего на его электродах относительно выходного пространственного электрода (фиг.2} за счет пр мого пьезоэффекта наводитс  ЭДС Е , равна  ге метрической сумме входных напр жений Симметрична  конструкци  входных и выходных, электродов и их полное гальваническое разделение обеспечивают высокую линейность преобразовани , посто нство коэффициентов преобразовани , а также помехоустойчивость , и исключение вли ние входной измерительной цепи на выходную и наоборот. Предлагаемое устройство сохран ет все преимущества известных пьезоэлек трических сумматоров: высокую точность , стабильность, помехоустойчивость , малые габариты и высокую надёжность . Кроме того, оно позвол ет

подавать на вход большие напр жени  (до дес тков киловольт j и п.ерекрывать широкийдинамический диапазон Исполбзование предлагаемых сумматоров позвол ет, в частности; создавать измеритель напр женности переменного электрического пол .

формула изобретени 

Пьезоэлектрический сумматор, выполненный в виде многогранника из пьезокерамического материала, три смежные грани которого имеют форму квадруата, а на противоположных его гран х расположены попарно входные и выходные электроды, от ли ч а ющ и и с   тем, что, с цедью повышени  точности суммировани  и расширени  области применени  сумматора за счет выполнени  векторного суммировани , многогранник выполнен в (е куба, причем пьезоэлектрический сумматор снабжен дополнительными входным и выходным электродами. выполненными в виде треугольных пирамид , вершины которых расположены в диаметрально противоположных, вершинах куба, а их боковые грани размещены в трех взаимоперпендикул рных прилегающих к вершине гран х куба. Источники информации, прин тые.во внимание при экспертизе 1 .Плужников 3. М., Семенов В. С. Пьезокерамические твердые схемы. М. , Энерги , 1971. 2. Авторское свидетельство СССР , кл. G 06 G УЛ, 1972. 3- Авторское свидетельство СССР по за вке № 28512 +5/18-2, ; кл. G 06 G 7/Н, 1980 (прото гип; ;

фиг. г

Claims (1)

1. Формула ’изобретения

   Пьезоэлектрический сумматор, выполненный в виде многогранника из пьезокерамического материала, три смежные грани которого имеют форму квадрата, а на противоположных его гранях расположены попарно входные и выходные электроды, от ли ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности суммирования и расширения области применения сумматора за счет выполнения векторного суммирования, многогранник выполнен в виде куба, причем пьезоэлектрический сумматор снабжен дополнительными входным и выходным электродами, выполненными в виде треугольных пирамид, вершины которых расположены в диаметрально противоположных, вершинах куба, а их боковые грани разме30 щены в трех взаимоперпендикулярных прилегающих к вершине гранях куба.