SU957323A1 - Piezoelectric converter of bendtng deformation to electric sigm - Google Patents

Piezoelectric converter of bendtng deformation to electric sigm Download PDF

Info

Publication number
SU957323A1
SU957323A1 SU802993313A SU2993313A SU957323A1 SU 957323 A1 SU957323 A1 SU 957323A1 SU 802993313 A SU802993313 A SU 802993313A SU 2993313 A SU2993313 A SU 2993313A SU 957323 A1 SU957323 A1 SU 957323A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrodes
converter
proposed
sections
transducer
Prior art date
Application number
SU802993313A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Федоровна Кособродова
Виталий Николаевич Некрасов
Александр Маркович Трохан
Original Assignee
Предприятие П/Я Г-4126
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я Г-4126 filed Critical Предприятие П/Я Г-4126
Priority to SU802993313A priority Critical patent/SU957323A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU957323A1 publication Critical patent/SU957323A1/en

Links

Description

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗГИБНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ(54) PIEZOELECTRIC CONVERTER OF BENDING DEFORMATIONS TO ELECTRIC SIGNAL

1one

Изобретение относитс  к измерительтехнике , а именно к приборам, предназначенным дл  измерени  параметров вибраций , колебаний почвы, машин и механизмов .The invention relates to measuring equipment, namely, devices for measuring parameters of vibrations, vibrations of the soil, machines and mechanisms.

Известен пьезоэлектрический преобразователь изгибных деформаций, который состоит из двух склеенных пьезокерамических пластин. Между пьезокерамическими пластинами часто помещают пластину из упругого материала 1.Known piezoelectric transducer bending deformation, which consists of two glued piezoceramic plates. Between the piezoceramic plates often place a plate of elastic material 1.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  пьезоэлектрический преобразователь изгибных деформаций в электрический сигнал, выполненный в виде пьезокерамической пластины с электродами на основных поверхност х, закрепленной в корпусе. Пьезокерамическа  пластина прикреплена к упругой мембра ,ле 2.The closest to the proposed technical essence is a piezoelectric transducer of bending deformations into an electrical signal, made in the form of a piezoceramic plate with electrodes on the main surfaces fixed in the housing. The piezoceramic plate is attached to an elastic membrane, Le 2.

Чувствительность известных преобразователей изгибных колебаний невысока и зависит от того, где расположен так называемый нейтральный слой. Чем ближе нейтральный слой к оси симметри пьезоэлемента , тем меньше чувствительность, котора The sensitivity of the known flexural-vibration transducers is low and depends on where the so-called neutral layer is located. The closer the neutral layer is to the axis of symmetry of the piezoelectric element, the lower the sensitivity, which

также зависит от толщины и упругих свойств мембраны и пьезокерамической пластины.also depends on the thickness and elastic properties of the membrane and piezo-ceramic plate.

Кроме того, конструкци  активного элемента , многослойна. Чаще всего пьезоэлементы собирают в биморфную или многослойную конструкцию при помощи кле , при этом чувствительность и прочность преобразователей будет уменьшатьс  с увеличением толщины сло  кле . Пустоты и воздущные пузыри в слое кле  также отрица Q тельно вли ют на параметры преобразовател .In addition, the design of the active element is multi-layered. Most often, piezoelectric elements are assembled into a bimorph or multilayer structure using glue, while the sensitivity and strength of the transducers will decrease with increasing thickness of the glue layer. The voids and air bubbles in the adhesive layer also have a negative Q effect on the parameters of the converter.

Чувствительность преобразовател , например балки, обратно пропорциональна толщине пьезоэлемента, а при существующей технологии изготовлени  биморфных 15 и многослойных преобразователей изгибных колебаний толщина преобразователей не может быть менее 0,6 мм.The sensitivity of a transducer, such as a beam, is inversely proportional to the thickness of the piezoelectric element, and with the existing technology of making bimorph 15 and multilayer bending vibration transducers, the transducer thickness cannot be less than 0.6 mm.

Цель изобретени  - повышение чувствительности и упрощение конструкции.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and simplify the design.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что The goal is achieved by the fact that

Claims (2)

20 в пьезоэлектрическом преобразователе изгибных деформаций в электрический сигнал, выполненном в виде пьезокерамической пластины с электродами на основных поверхност х , закрепленной в корпусе, электроды пьезокерамическои пластины разделены на два идентичных участка и образуют две секции преобразовател  с противоположным направлением пол ризации. Электроды каждой секции электрически соединены между собой. Наличие двух секций в активном элементе преобразовател  с пол ризацией, имеющей направление, позволило регистрировать изгибные колебани  с монолитной пластины, т. е. двух или многослойный , .. -j--- -- - -активный элемент дл  приемников изгибных колебаний предлагаетс  заменить на двухсекционный . Двухсекционный приемник по сравнению с биморфом имеет в две и более раз меньще толщину, что дает выигрыщ в чувствительности в самом простейщем случае приемника в виде балки, жестко закрепленной из одно.м конце :и свободной на другом, в два и более раз. Изготовление монолитных пьезоэлектрических пластин вместо биморфов не приводит к каким-либо новым дополнитель1 ым технологическим операци м. Технологни секционного нанесени  электродов известна и несложна. Отсутствие операции соединени  пьезоэлементов в биморф сокрац;ает технологическую цепочку изготовлени , при этом трудоемкость изготовлени  уменьщаетс , а процент выхода годных изделий увеличиваетс . На фиг. 1 изображен предлагаемый преобразователь; на фиг. 2 - дисковый преобразователь , жестко закрепленный по контуру , электроды которого разделены по диаметру, на фиг. 3-5 - преобразователь в форме пластины, жестко закрепленной с двух параллельных сторон, свободной с двух других, три варианта разделени  электродов на симметричные: продольный , поперечный, диагональный. Преобразователь 1 разделен на две секции 2 и 3, имеющие различную по направлению пол ризацию (направление векторов пол ризации показано стрелка.ми), два электрода 4 секции 1 также, как электроды 5 секции 2, могут быть соединены между собой. Преобразователь изгибных деформаций работает следующим образом. Под действием изгибной механической нагрузки происходит деформаци  пьезокерамическои пластины, причем верхние волокна раст гиваютс , а нижние сжимаютс , а так как секции 2 и 3 пол ризованы в разные стороны на электродах 4 генерируетс  зар д одного знака, а на электродах 5 другого. Соедин   электроды как показано на фиг. 1, можно зарегистрировать электрический сигнал, пропорциональный действующей изгибной деформации. Деление электродов на два симметричных и равных по площади производ т в зааисимости от способа креплени  преобразовател  в корпусе приемника. При симметричном закреплении, например при жестком закреплении по контуру, распределение генерируемого зар да по площади активного преобразовател  также симметрично . В этом случае возможно продольное, поперечное и диагональное деление электродов . При несимметричном закреплении, например балка, один конец которой свободен , а другой жестко закреплен, существует предпочтительный продольный вариант разделени  электродов. Чаще всего в приемниках механических колебаний преобразователь жестко закрепл ют по всему контуру , либо закрепл ют две параллельные стороны . Предлагаемый преобразователь дл  регистрации низкочастотных сигналов ввиду монолитного изготовлени  может примен тьс  как дл  регистрации очень высоких уровней сигналов, так и дл  .маломощных. При регистрации мощных сигналов механичес ., -. -ка  прочность предлагаемых приемников значительно увеличиваетс  из-за отсутстви  клеевого сло . При регистрации слабых сигналов активный элемент можно изготовить очень тонким, по существующей отечественной технологии минимальна  толщина пьезоэлемента h 0,33 мм. Проведены лабораторные испытани  двух вариантов предлагаемого преобразовател . В первом варианте преобразователь имеет геометрические размеры 30 X 5 X 1 мм. Преобразователь жестко закрепл ют на одном конце, а на другом конце действует переменна  сила F FO to.ti При одной и той же возбуждающей силе выходное напр жение биморфа составл ет 0,18 В, а предлагаемого приемника 0,42 В. Во втором варианте дисковый приемник 40 X 1 мм жестко закрепл ют по контуру. Пластину раздел ют на две секции по диа.метру. Возбуждающую силу прикладывают к центру пластины. При всех одинаковых услови х возбуждени  и регистрации выходного напр жени  у прототипа оно составл ет 0,025 В, а у предлагаемого преобразовател  0,32 В. При этом следует отметить, что в предлагаемом чувствительном элементе по сравнению с прототипом уменьщаетс  его собственна  электрическа  емкость. Однако это не приводит к трудност м согласовани  элемента с последующими электрическими цеп ми , если он включен на вход эмиттерного повторител  с больщим входным сопротивлением -5-10 ГОм. Использование предлагаемого пьезоэлектрического преобразовател  изгибных деформаций в электрический сигнал увеличивает чувствительность в области рабочих частот в 2-10 раз при упрощении конструкции и увеличении механической прочности по сравнению с биморфом. Он может быть использован в приемниках, измер ющих различные физические величины: скорость, ускорение, деформации, гидроакустическое и акустическое давление. Формула изобретени  1. Пьезоэлектрический преобразователь изгибных деформаций в электрический сигнал , выполненный в виде пьезокерамичес-1 кой пластины с электродами на основных поверхност х, закрепленной в корпусе, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и упрощени  конструкции , электроды пьезокерамической пластиГ20 in a piezoelectric transducer of bending deformations into an electrical signal, made in the form of a piezoceramic plate with electrodes on the main surfaces fixed in the housing, the electrodes of the piezoceramic plate are divided into two identical sections and form two sections of the transducer with opposite polarization direction. The electrodes of each section are electrically interconnected. The presence of two sections in the active element of a transducer with polarization having a direction made it possible to register bending vibrations from a monolithic plate, i.e. two or multi-layer, .. -j --- - active element for bending vibration receivers is proposed to be replaced by two-piece. Compared with bimorph, a two-section receiver is two or more times thicker, which gives a gain in sensitivity in the simplest case of a receiver in the form of a beam rigidly fixed from one end: and free on the other, two or more times. The manufacture of monolithic piezoelectric plates instead of bimorphs does not lead to any new additional technological operations. The sectional deposition of electrodes is known and simple. The absence of the operation of connecting the piezoelectric elements into the bimorph sokrats; there is a technological chain of manufacture, the manufacturing labor intensity is reduced, and the percentage of usable products increases. FIG. 1 shows the proposed converter; in fig. 2 is a disk transducer rigidly fixed along the contour, the electrodes of which are divided by diameter; in FIG. 3-5 - a converter in the form of a plate, rigidly fixed from two parallel sides, free from the other two, three options for separating the electrodes into symmetric ones: longitudinal, transverse, diagonal. The converter 1 is divided into two sections 2 and 3, having polarization of different direction (the direction of the polarization vectors is indicated by arrow), two electrodes 4 of section 1, as well as electrodes 5 of section 2, can be interconnected. The Converter bending deformations works as follows. Under the action of a bending mechanical load, the piezoceramic plates are deformed, the upper fibers are stretched and the lower ones are compressed, and since sections 2 and 3 are polarized in opposite directions on the electrodes 4 a charge of one sign is generated, and on the electrodes 5 of the other. The connection electrodes as shown in FIG. 1, it is possible to register an electrical signal proportional to the actual bending strain. The division of the electrodes into two symmetric and equal in area is made depending on the method of mounting the converter in the receiver housing. With a symmetric fixing, for example, with a rigid fixing around the contour, the distribution of the generated charge over the area of the active converter is also symmetrical. In this case, possible longitudinal, transverse and diagonal division of the electrodes. With asymmetrical fixing, for example a beam, one end of which is free and the other rigidly fixed, there is a preferred longitudinal separation of the electrodes. Most often, in the receivers of mechanical oscillations, the transducer is rigidly fixed along the entire contour, or two parallel sides are fixed. The proposed converter for recording low-frequency signals, in view of monolithic fabrication, can be used both for recording very high levels of signals and for low-power ones. When registering powerful signals mechanically., -. The strength of the proposed receivers increases significantly due to the absence of an adhesive layer. When registering weak signals, the active element can be made very thin, according to the existing domestic technology, the minimum thickness of the piezoelectric element is h 0.33 mm. Laboratory tests of two variants of the proposed converter were carried out. In the first embodiment, the transducer has geometrical dimensions of 30 X 5 X 1 mm. The converter is rigidly fixed at one end, and at the other end a variable force acts F FO to.ti With the same driving force, the output voltage of the bimorph is 0.18 V, and the proposed receiver is 0.42 V. In the second variant, the disk the receiver 40 x 1 mm is rigidly fixed along the contour. The plate is divided into two sections by diameter. Exciting force is applied to the center of the plate. Under all the same conditions of excitation and registration of the output voltage of the prototype, it is 0.025 V, and in the proposed converter 0.32 V. It should be noted that in the proposed sensing element its own electrical capacitance decreases compared to the prototype. However, this does not lead to difficulties in matching the element with subsequent electrical circuits if it is connected to the input of an emitter follower with a large input resistance of -5-10 GΩ. The use of the proposed piezoelectric transducer bending deformations into an electrical signal increases the sensitivity in the range of operating frequencies by 2-10 times while simplifying the design and increasing mechanical strength compared to bimorph. It can be used in receivers measuring various physical quantities: speed, acceleration, deformation, hydroacoustic and acoustic pressure. Claim 1. Piezoelectric transducer of bending deformations into an electrical signal, made in the form of a piezo-ceramic plate with electrodes on main surfaces, fixed in the housing, characterized in that, in order to increase the sensitivity and simplify the design, the electrodes of the piezoceramic plastic у./w. / JJ фуг. 2 ны разделены на два идентичных участка и образуют Аве секции преобразовател  с противоположным направлением пол ризации . 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что электроды каждой секции электрически соединены между собой. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1- Ультразвуковые преобразователи. Под ред. Кикучи. М., «Мир, 1972, с. 258. fug. The two of us are divided into two identical sections and form the Ave sections of the converter with the opposite direction of polarization. 2. Converter according to claim 1, characterized in that the electrodes of each section are electrically interconnected. Sources of information taken into account in the examination of 1- Ultrasonic transducers. Ed. Kikuchi. M., “Peace, 1972, p. 258. 2. Пьезоприемники давлени  НИИ механики и прикладной математики Ростовского -на-Дону Государственного университета, Изд-во Ростовского университета, 1976 ( прототип).2. Pressure transducers of the Research Institute of Mechanics and Applied Mathematics, Rostov-on-Don State University, Rostov-on-Don University Press, 1976 (prototype). Ф1/г.F1 / g.
SU802993313A 1980-10-16 1980-10-16 Piezoelectric converter of bendtng deformation to electric sigm SU957323A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802993313A SU957323A1 (en) 1980-10-16 1980-10-16 Piezoelectric converter of bendtng deformation to electric sigm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802993313A SU957323A1 (en) 1980-10-16 1980-10-16 Piezoelectric converter of bendtng deformation to electric sigm

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU957323A1 true SU957323A1 (en) 1982-09-07

Family

ID=20922023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802993313A SU957323A1 (en) 1980-10-16 1980-10-16 Piezoelectric converter of bendtng deformation to electric sigm

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU957323A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2558563A (en) Piezoelectric strain gauge
US4885781A (en) Frequency-selective sound transducer
US2900536A (en) Design of electro-mechanical transducer elements
US4056742A (en) Transducer having piezoelectric film arranged with alternating curvatures
EP0169727B1 (en) Broadband radial vibrator transducer
US4287582A (en) Piezo transducers with mechanical amplification for very low frequencies, and acoustic antennas
US3370187A (en) Electromechanical apparatus
US20020089262A1 (en) Cylindrical transducer apparatus
US3384767A (en) Ultrasonic transducer
CA2159900A1 (en) High pressure low impedance electrostatic transducer
EP0605666A1 (en) Mechanical-vibration-cancelling piezo ceramic microphone
US5161200A (en) Microphone
US3697790A (en) Transducers having piezoelectric struts
CN114827856A (en) Electrostatic miniature sound generating device
US7359286B2 (en) Multi-level capacitive ultrasonic transducer
SU957323A1 (en) Piezoelectric converter of bendtng deformation to electric sigm
CN116764922A (en) Micro-mechanical ultrasonic transducer driven by planar double-piezoelectric material
Tressler et al. Capped ceramic hydrophones
JPS5841000A (en) Condenser type electroacoustic converter with polarized solid dielectric
JP2018179626A (en) Ultrasonic receiver
KR101994583B1 (en) MEMS Piezoelectric Microphone
RU2212736C2 (en) Bender transducer
CN115156017B (en) Semi-fixed micromechanical ultrasonic transducer
JP6419037B2 (en) Sound generator
GB2130844A (en) Velocity hydrophone