UA13503U

UA13503U - Electrical-to-mechanical transducer

Info

Publication number: UA13503U
Application number: UAU200505758U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Ruslana Volodymyr Trembovetska
Original assignee: Cherkasy State Tech Univ; Valerii Mykhailovych Sharapov
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-04-17

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. Three electrodes, by one electrode from the electrodes of each pair, are arranged at the sides of the piezoelectric element that parallel to the polarization vector. The electrodes that are arranged at one of the sides are accordingly connected to the input and the output of the voltageamplifier and the input of the charge amplifier. The electrodes that are arranged at the opposite side are connected to the common point of the circuit of the transducer and the output of the charge amplifier. The force applied to the piezoelectric element is perpendicular 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 узгоджуючі 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 Мо 34316 А, С 01 1. 1/16, б 01 Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо 11).of Ukraine Mo 34316 A, C 01 1. 1/16, b 01 R 15/09, publ. 15.02.01, Bul. Mo 11).

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 узгоджуючі підсилювачі див. Патент України Мо 34317 А, з 01 11/16, б 01 Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо 11.A well-known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, see Patent of Ukraine Mo 34317 A, from 01 11/16, b 01 R 15/09, publ. 15.02.01, Bul. Mo 11.

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 узгоджуючих підсилювачів, один з яких є підсилювач напруги, а інший - підсилювач заряду, використання п'єзоелемента у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, що паралельні до вектора поляризації Р, та підключені до узгоджуючих підсилювачів таким чином, щоб утворювалося дві ланки зворотного зв'язку, при цьому вектор сили Е перпендикулярний 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 voltage amplifier, and the other is a charge amplifier, using a piezoelectric element in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes parallel to the vector polarization P, and connected to matching amplifiers in such a way that two feedback links are formed, while the force vector E is perpendicular to the polarization vector p.

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

Пропонований перетворювач відрізняється від прототипу тим, що п'єзоелемент виконаний у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, причому по три електроди розташовані на гранях, які паралельні до вектора поляризації Р, електроди, що розташовані на одній з граней п'єзоелемента підключені до пт) входу та виходу підсилювача напруги та входу підсилювача заряду, а електроди, що розташовані на протилежній грані п'єзоелемента, підключені до загального проводу схеми та виходу підсилювача заряду, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р.The proposed converter differs from the prototype in that the piezo element is made in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, and three electrodes are located on faces that are parallel to the polarization vector P, the electrodes located on one of the faces of the piezo element are connected to pt ) of the input and output of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier, and the electrodes located on the opposite face of the piezo element are connected to the common wire of the circuit and the output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P.

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного Ше результату. Га»)Each of the indicated distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical She result. Ha")

Технічним результатом винаходу є підвищення точності вимірювання.The technical result of the invention is an increase in measurement accuracy.

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

Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів 325 2-2, 3-3, 4-4" та узгоджуючий підсилювач напруги 5 і узгоджуючий підсилювач заряду 6. Електроди 2-2", 3-3, - 4-4 розташовані паралельно до вектора поляризації Р. Входи узгоджуючих підсилювачів підключені до електродів 27, 4, виходи підключені до електродів 3 та 4, а загальний провід до електродів 2, 3. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р. «The transducer contains piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes 325 2-2, 3-3, 4-4" and matching voltage amplifier 5 and matching charge amplifier 6. Electrodes 2-2", 3-3, - 4 -4 are located parallel to the polarization vector P. The inputs of the matching amplifiers are connected to electrodes 27, 4, the outputs are connected to electrodes 3 and 4, and the common wire to electrodes 2, 3. The force vector E (a mechanical quantity) is applied to the piezo element perpendicular to the vector polarization R. "

Перетворювач працює наступним чином. З 50 При дії на п'єзоелемент 1 сили Е на електродах 2' та 4" з'являється електричний заряд та електрична с напруга. Напруга з електрода 2 подається на підсилювач напруги 5, а заряд з електрода 4" подається наThe converter works as follows. With 50 When the force E acts on the piezo element 1, an electric charge and an electric voltage c appear on electrodes 2' and 4". The voltage from electrode 2 is fed to the voltage amplifier 5, and the charge from electrode 4" is fed to

Із» підсилювач заряду 6. Підсилена напруга з виходу підсилювача 5 подається на електрод 3, а напруга з виходу підсилювача 6 подається відповідно на електрод 4, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патентиFrom" charge amplifier 6. The amplified voltage from the output of the amplifier 5 is supplied to electrode 3, and the voltage from the output of the amplifier 6 is supplied, respectively, to electrode 4, creating two feedback circuits | see patents

України Мо 34316 А та 34317 А, б 01 1 11/16, 5 01 Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо 1, а такожof Ukraine Mo 34316 A and 34317 A, b 01 1 11/16, 5 01 R 15/09, publ. 15.02.01, Bul. Mo 1, as well as

Пьезозлектрические преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М.Шарапова. - - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. - 435 с.|. оз В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі підключені таким чином, щоб утворювалось дві ланки зворотного зв'язку, якість обхвату зворотним зв'язком краща, ніж для одного підсилювача, що приводить до і-й підвищення точності вимірювання. о 20 Приклад конкретного використання.Piezoelectric transducers (Reference manual) / Sharapov V.M. etc. // Ed. V. M. Sharapova. - - Cherkasy!: ChGTU, 2004. - 435 p.|. оz Due to the fact that two amplifiers are used, connected in such a way that two feedback loops are formed, the quality of the feedback loop is better than for one amplifier, which leads to the i-th increase in measurement accuracy. o 20 Example of specific use.

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

Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "ВгцеІ 8 Кіег" і піддавався впливу вібрації на 29 частоті 100Гц з прискоренням Ід. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до с температури 50-32. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: прототип: 5 - 2,190; во перетворювач, що заявляється:The transducer was installed on a vibrostand 4805 of the company "VgceI 8 Kieg" and was exposed to vibration at a frequency of 100 Hz with an acceleration of Id. Then the converter 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 circuit of the prototype and according to the circuit of the claimed converter. Measurement results: prototype: 5 - 2,190; into the declared converter:

Claims

The formula of the invention

Piezoelectric converter of mechanical quantities, containing a piezo element with electrodes and two matching amplifiers, one of which is a voltage amplifier, and the second is a charge 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 three electrodes each are located on the faces that are parallel to the polarization vector P, the electrodes located on one of the faces of the piezo element are connected to the input and output of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier, and the electrodes located on the opposite face of the piezo element , connected to the common wire of the circuit and the output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P. that 2 (ze) «c) iv) (ze) eo

- and? - (95) 1 («in) syu» 60 b5