UA15449U

UA15449U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA15449U
Application number: UAU200505736U
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: 2006-07-17

Abstract

The proposed piezoelectric mechanical-electric transducer contains a piezoelectric element shaped as a parallelepiped with four pairs of electrodes, a matching voltage amplifier, and a matching charge amplifier. Three pairs of the electrodes are arranged at the sides of the piezoelectric element that are parallel to the polarization vector. The forth pair of the electrodes is arranged at the sides of the piezoelectric element that are 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 Мо34316А, 011 1/16, З0О1Р15/09, опубл.15.02.01, Бюл. Мо11.of Ukraine Мо34316А, 011 1/16, З0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. 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 узгоджуючі підсилювачі див. Патент України Мо34317А, 3011 1/16, С0О1Р 15/09, опубл.15.02.01, Бюл. Мої11.A well-known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, see Patent of Ukraine Mo34317A, 3011 1/16, С0О1Р 15/09, publ. 15.02.01, Byul. My 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 чотирма парами електродів, три пари електродів розташовані на гранях, що паралельні до вектора поляризації Р, а четверта пара електродів розташована на гранях, що перпендикулярні до вектора поляризації Р, та підключені до узгоджуючих підсилювачів таким чином, щоб утворювалося дві ланки зворотного зв'язку, при цьому вектор силиThe 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 four pairs of electrodes, three pairs of electrodes are located on the faces parallel to the polarization vector P, and the fourth pair of electrodes is located on the faces perpendicular to the polarization vector P and connected to the matching amplifiers in such a way that two feedback links are formed, while the force vector

Е паралельний вектору поляризації Р.E is parallel to the polarization vector P.

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджучі 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 29 прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів, причому три пари електродів розташовані на -о гранях, які паралельні до вектора поляризації Р, а четверта пара електродів розташована на гранях, які перпендикулярні до вектора поляризації Р, перший, третій та четвертий електроди, які розташовані на одній з граней, які паралельні до вектора поляризації Р, під'єднані до входу підсилювача напруги, входу та виходу підсилювача заряду відповідно, а електрод, що розташований на протилежній грані і є проекцією першого о електрода, підключений до загального проводу схеми, другий електрод, який розташований на одній з граней, «І які перпендикулярні до вектора поляризації Р, під'єднаний до виходу підсилювача напруги, а електрод, що розташований на протилежній грані і є проекцією другого електрода, підключений до загального проводу схеми, М а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р. оюThe proposed converter differs from the prototype in that the piezo element is made in the form of a rectangular parallelepiped 29 with four pairs of electrodes, and three pairs of electrodes are located on -o faces that are parallel to the polarization vector P, and the fourth pair of electrodes is located on faces that are perpendicular to polarization vector P, the first, third and fourth electrodes, which are located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P, are connected to the input of the voltage amplifier, the input and output of the charge amplifier, respectively, and the electrode located on the opposite face and is by the projection of the first o electrode, connected to the common wire of the circuit, the second electrode, which is located on one of the faces "I, which are perpendicular to the polarization vector P, is connected to the output of the voltage amplifier, and the electrode, which is located on the opposite face and is a projection of the second electrode connected to the common wire of the circuit, M and the force vector E is applied to the piezo element in parallel polarization vector R. oyu

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічногоEach of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve technical

Зо результату. --From the result. --

Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання.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 чотирма парами електродів З 2-2, 3-3, 4-4, 5-5, та узгоджуючий підсилювач напруги б і узгоджуючий підсилювач заряду 7. Електроди с 2-2, 4-4, 5-5 розташовані паралельно до вектора поляризації Р, електроди 3-3, розташовані перпендикулярноThe transducer contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes Z 2-2, 3-3, 4-4, 5-5, and a matching voltage amplifier b and a matching charge amplifier 7. Electrodes c 2-2, 4- 4, 5-5 are located parallel to the polarization vector P, electrodes 3-3 are located perpendicularly

Із» до вектора поляризації Р. Входи узгоджуючих підсилювачів підключені до електродів 2", 4", виходи підключені до електродів З та 5, а загальний провід до електродів 2, 3. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р.From" to the polarization vector P. The inputs of the matching amplifiers are connected to electrodes 2", 4", the outputs are connected to electrodes Z and 5, and the common wire to electrodes 2, 3. The force vector E (a mechanical quantity) is applied to the piezo element parallel to the vector polarization R.

Перетворювач працює наступним чином. - При дії на п'єзоелемент 1 сили Е на електродах 2' та 4" з'являється електричний заряд та електрична 4! напруга. Напруга з електрода 2 подається на підсилювач напруги б, а заряд з електрода 4" подається на підсилювач заряду 7. Підсилена напруга з виходу підсилювача б подається на електрод 3, а напруга з виходу т- підсилювача 7 подається відповідно на електрод 5, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патенти «їз» 20 України Мо34316А та 34317А, (30111/16, Б0О1Р15/09, опубл.15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М.Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. с - ЗБ).The converter works as follows. - When force E is applied to piezo element 1, an electric charge and electric voltage 4" appear on electrodes 2' and 4". The voltage from electrode 2 is fed to the voltage amplifier b, and the charge from electrode 4" is fed to the charge amplifier 7. The amplified voltage from the output of amplifier b is supplied to electrode 3, and the voltage from the output of amplifier 7 is supplied, respectively, to electrode 5, creating two feedback circuits. "Yiz" patents 20 of Ukraine Мо34316А and 34317А, (30111/16, Б0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric transducers (Reference manual) / Sharapov V.M. and others // Ed. V. M. Sharapova. - Cherkassy!: ChGTU, 2004. p - ZB).

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 29 підвищення точності вимірювання. с Приклад конкретного використання.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 a single amplifier, which leads to an increase in the measurement accuracy. c An example of specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 1О0х1О0х4Омм.In this particular case, a piezo element made of piezoceramics ЦТО-19 with a size of 1О0х1О0х4 Омм was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ. 60 Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "Вгие! 8 Кіег" і піддавався впливу вібрації на частоті 100Гц з прискоренням Ід. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до температури 50-32С. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5-2,190; б5 - перетворювач, що заявляється:The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged as shown in fig. The amplifiers are assembled on the KI40UDV microcircuit. 60 The transducer was installed on a vibration stand 4805 of the company "Vgye! 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 50-32C using 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; b5 - converter, which is declared:

Claims

Formula of the invention ' i : : ' 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 differs in that the piezo element is made in the form rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, and three pairs of electrodes are located on the faces that are parallel to the polarization vector, and the fourth pair of electrodes /o is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector, the first, third and fourth electrodes that are located on one of the faces , which are parallel to the polarization vector, are connected to the input of the voltage amplifier, the input and output of the charge amplifier, respectively, and the electrode, which is located on the opposite face and is a projection of the first electrode, is connected to the common wire of the circuit, the second electrode, which is located on one of faces, which are perpendicular to the polarization vector, is connected to the output of the voltage amplifier, and /5 electrode, which is located on the opposite face and is a projection of the second electrode, connected to the common wire of the circuit, and the force vector is applied to the piezo element parallel to the polarization vector. with with (o) « « IF) «-

- and? - 1 sh» sh» iChe) bo b5