UA12915U

UA12915U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA12915U
Application number: UAU200505773U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Serhii Viktorovych Rotte; Olena Valeriivna Sharapova
Original assignee: Cherkasy State Tech Univ; Valerii Mykhailovych Sharapov
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-03-15

Abstract

The proposed piezoelectric mechanical-electric transducer contains a piezoelectric element shaped as a parallelepiped with three pairs of electrodes, a matching voltage amplifier, and a matching charge amplifier. Two pairs of the electrodes are arranged at the sides of the piezoelectric element that are perpendicular to the polarization vector. The third pair of the electrodes is arranged at the sides of the piezoelectric element that are parallel to the polarization vector. The electrodes that are arranged at one of the sides that are perpendicular to the polarization vector are connected to the input of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier. One of the electrodes that are arranged at the opposite side is connected to the common point of the transducer circuit, and the other electrode is connected to the output of the charge amplifier. One of the electrodes that are arranged at the side that is parallel to the polarization vector is connected to the output of the voltage amplifier, and the electrode that is arranged at the opposite side is connected to the common point of the transducer circuit. The force applied to the piezoelectric element is parallel to the polarization vector.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до вимірювальної техніки, та може використовуватися у промисловості та 2 лабораторній практиці.The useful model belongs to the measuring technique, and can be used in industry and 2 laboratory practice.

Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджувальних підсилювачі, причому використовуються підсилювач заряду та підсилювач напруги див. ПатентA known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, and a charge amplifier and a voltage amplifier are used, see Patent

України Мо34316А, 50111/16, С0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо11.of Ukraine Mo34316A, 50111/16, С0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Bul. Mo11.

Недоліком цього перетворювача є порівняно невисока точність вимірювання.The disadvantage of this converter is the relatively low measurement accuracy.

Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджувальних підсилювачі (див. Патент України Мо34317А, 3011 1/16, С0О1Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл.Мо11.A well-known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers (see Patent of Ukraine Мо34317А, 3011 1/16, С0О1Р 15/09, publ. 15.02.01, Byul. Мо11.

Вказаний перетворювач найбільше близький по технічній сутності до того, який заявляється, і вибраний в якості прототипу. 19 В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення п'єзоелектричного перетворювача механічних величин шляхом використання двох узгоджувальних підсилювачів, один з яких підсилювач заряду, а інший підсилювач напруги, використання п'єзоелементу у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, дві з яких розташовані на гранях, що перпендикулярні вектору поляризації Р, а третя розташована на гранях, що паралельні вектору поляризації Р, електроди підключені до узгоджувальних підсилювачів заряду та напруги таким чином, щоб утворювалися дві ланки зворотного зв'язку, при цьому вектор сили Е паралельний вектору поляризації Р.The specified converter is the closest in technical essence to the one that is claimed, and was chosen as a prototype. 19 The useful model is based on the task of improving the piezoelectric transducer of mechanical quantities by using two matching amplifiers, one of which is a charge amplifier and the other a voltage amplifier, using a piezoelectric element in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, two of which are located on the edges , which are perpendicular to the polarization vector P, and the third one is located on the faces parallel to the polarization vector P, the electrodes are connected to matching charge and voltage amplifiers in such a way that two feedback loops are formed, while the force vector E is parallel to the polarization vector P.

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що заявляється, містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджувальних підсилювачі, один з яких підсилювач заряду, а інший підсилювач напруги.The claimed piezoelectric transducer of mechanical quantities contains a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, one of which is a charge amplifier, and the other is a voltage amplifier.

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що заявляється, відрізняється від прототипу тим, що 22 п'єзоєлемент виконаний у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, причому дві пари -о електродів розташовані на гранях, які перпендикулярні вектору поляризації Р, а третя пара електродів розташована на гранях, які паралельні вектору поляризації Р, електроди, які розташовані на одній з граней, що перпендикулярні вектору поляризації Р, під'єднані до входів підсилювачів напруги та заряду, причому один з електродів, що розташовані на протилежній грані, підключений до загального проводу схеми, другий до виходу о підсилювача заряду, електрод, який розташований на одній з граней, що паралельні вектору поляризації Р, «- під'єднаний до виходу підсилювача напруги, а електрод на протилежній грані підключений до загального проводу схеми, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелементу паралельно вектору поляризації Р. оThe claimed piezoelectric transducer of mechanical quantities differs from the prototype in that the 22 piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, and two pairs of -o electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are parallel to the polarization vector P, the electrodes that are located on one of the faces that are perpendicular to the polarization vector P are connected to the inputs of the voltage and charge amplifiers, and one of the electrodes located on the opposite face is connected to a common wire of the circuit, the second to the output o of the charge amplifier, the electrode located on one of the faces parallel to the polarization vector P, "- is connected to the output of the voltage amplifier, and the electrode on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, and the force vector E is applied to the piezo element parallel to the polarization vector R. o

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного Га результату. 3о Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання. --Each of the indicated distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical result. 3o The technical result of a useful model is an increase in measurement accuracy. --

Корисна модель пояснюється кресленнями, де: - на фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується.A useful model is explained by the drawings, where: - in fig. the electrical diagram of the proposed converter is shown.

Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів « 2-2, 3-3, 4-4, пари 2-27, 3-39у розташовані перпендикулярно вектору поляризації Р, а пара 4-4" - паралельно З 50 вектору поляризації Р, та узгоджувальні підсилювачі заряду 5 та напруги 6. Електроди 2 та 2' під'єднані до с входу та виходу підсилювача заряду 5, електроди З та 4 під'єднані до входу та виходу підсилювача напруги 6, аThe transducer contains piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes "2-2, 3-3, 4-4, pairs 2-27, 3-39y are located perpendicular to the polarization vector P, and pair 4-4" - parallel to Z 50 of the polarization vector P, and matching charge amplifiers 5 and voltage 6. Electrodes 2 and 2' are connected to the input and output of the charge amplifier 5, electrodes Z and 4 are connected to the input and output of the voltage amplifier 6, and

Із» електроди 3" та 4" підключені до загального проводу схеми. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелементу паралельно вектору поляризації Р.From» electrodes 3" and 4" are connected to the common wire of the circuit. The force vector E (mechanical quantity) is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P.

Перетворювач працює наступним чином.The converter works as follows.

При приложенні до п'єзоелементу сили Е на електродах 2 та З з'являється електричний заряд та електрична - напруга. Заряд підсилюється підсилювачем 5 та подається на електрод 2, а напруга підсилюється корегуючим ка підсилювачем 6 та подається на електрод 4, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патенти УкраїниWhen force E is applied to the piezoelectric element, an electric charge and an electric voltage appear on the electrodes 2 and 3. The charge is amplified by the amplifier 5 and applied to the electrode 2, and the voltage is amplified by the rectifying amplifier 6 and applied to the electrode 4, creating two feedback circuits. patents of Ukraine

Мо34316А та 34317А, С0111/16, (з01Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические о преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М. Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. - 20. АЗБс.Mo34316A and 34317A, C0111/16, (z01R15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric transducers (Reference manual) / V.M. Sharapov and others // Edited by V.M. Sharapova. - Cherkasy!: ChGTU, 2004. - 20. AZBs.

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі, якість охвату зворотнім зв'язком краща, ніж для сл одного підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання.Due to the fact that two amplifiers are used, the quality of feedback coverage is better than for a single amplifier, which leads to an increase in the accuracy of the measurement.

Приклад конкретного використанняAn example of a specific use

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 1О0х1О0х4Омм. 29 Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на с мікросхемі КІ40УДВ.In this particular case, a piezo element made of piezoceramics ЦТО-19 with a size of 1О0х1О0х4 Омм was used. 29 The electrodes on the 10x100mm piezo element are arranged as shown in fig. The amplifiers are assembled on the KI40UDV microcircuit.

Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "ВгОе! 5 Кіег" і піддавався впливу вібрації на частоті 100Гуц з прискоренням 19. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до температури 50-32. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою 60 перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5-2,190; - перетворювач, що заявляється: 5-1,42905.The transducer was installed on a vibrostand 4805 of the company "VgOe! 5 Kieg" and was exposed to vibration at a frequency of 100 Hz with an acceleration of 19. Then the transducer was heated to a temperature of 50-32 with the help of a special heater. The relative error 5 was measured for the converter according to the prototype scheme and according to the scheme 60 of the proposed converter. Measurement results: - prototype: 5-2,190; - declared converter: 5-1.42905.

Claims

65 Formula of the invention

Piezoelectric converter of mechanical quantities, containing a piezo element with electrodes and two matching amplifiers, one of which is a charge amplifier, and the other is a voltage amplifier, which is distinguished by the fact that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, and two pairs of electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are parallel to the polarization vector P, the electrodes that are located on one of the faces that are perpendicular to the polarization vector P are connected to the inputs of the voltage amplifiers and charge, and one of the electrodes, located on the opposite face, is connected to the common wire of the circuit, the second - to the 70 output of the charge amplifier, the electrode, which is located on one of the faces parallel to the polarization vector P, is connected to the output of the voltage amplifier , and the electrode on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, and the force vector E is applied to of the piezoelectric element parallel to the polarization vector R. that 2 IF) «- (о) с о

- and? - ime) se) - 70 sl 60 b5