UA18220U

UA18220U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA18220U
Application number: UAU200505661U
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: 2006-11-15

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 parallelepiped that are parallel to the polarization vector. The third pair of the electrodes is arranged at the sides of the parallelepiped that are perpendicular to the polarization vector. 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 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 узгоджуючі підсилювачі |див. Патент України Мо34317А, (3011 1/16, 50О1Р15/09, 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 Mo34317A, (3011 1/16, 50О1Р15/09, publ. 15.02.01, Bull. Mo11.

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, дві пари електродів розташовані на гранях, що паралельні до вектора поляризації Р, а третя 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 сили ЕЕ 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, two pairs of electrodes are located on the faces parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces perpendicular to the polarization vector P and connected to matching amplifiers in such a way that two feedback links are formed, while the force vector EE is perpendicular to the polarization vector R.

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 29 прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, причому дві пари електродів розташовані на гранях, пт») які паралельні до вектора поляризації Р, а третя пара електродів розташована на гранях, які перпендикулярні до вектора поляризації Р, до електродів, що паралельні вектору поляризації Р і розташовані на одній грані п'єзоелемента підключені вхід та вихід підсилювача напруги, а електроди на протилежній грані підключені до загального проводу схеми, до одного з електродів, що розташований на грані перпендикулярно вектору о поляризації Р, підключений вхід підсилювача заряду, а електрод на протилежній грані підключений до виходу с підсилювача заряду, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р.The proposed converter differs from the prototype in that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped 29 with three pairs of electrodes, and two pairs of electrodes are located on the faces, pt") that are parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, to the electrodes parallel to the polarization vector P and located on one face of the piezo element, the input and output of the voltage amplifier are connected, and the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit, to one of the electrodes located on the face perpendicular to the vector about the polarization P, the input of the charge amplifier is connected, and the electrode on the opposite face is connected to the output c 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 с результату. Ге)Each of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical result. Gee)

Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання.The technical result of a useful model is an increase in measurement accuracy.

Зо Корисна модель пояснюється кресленнями, де: -- - на Фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується.A useful model is explained by 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" та узгоджуючий підсилювач напруги 5 і узгоджуючий підсилювач заряду 6. Електроди 2-2", 3-3, « розташовані паралельно до вектора поляризації Р, а електроди 4-4" розташовані перпендикулярно до вектора З поляризації Р. Входи узгоджуючих підсилювачів підключені до електродів 2", 4, виходи підключені до електродів с З та 4, а загальний провід до електродів 2, 3. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений доThe transducer contains a piezoelectric element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes 2-2, 3-3, 4-4" and a matching voltage amplifier 5 and a matching charge amplifier 6. Electrodes 2-2", 3-3, " are located in parallel to the polarization vector P, and the electrodes 4-4" are located perpendicular to the vector Z of the polarization P. The inputs of the matching amplifiers are connected to the electrodes 2", 4, the outputs are connected to the electrodes C and 4, and the common wire to the electrodes 2, 3. Force vector E (mechanical quantity) is applied to

Із» п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р.From" of the piezo element perpendicular to the polarization vector P.

Перетворювач працює наступним чином.The converter works as follows.

При дії на п'єзоелемент 1 сили Е на електродах 2' та 4 з'являється електричний заряд та електрична напруга. Напруга з електрода 2" подається на підсилювач напруги 5, а заряд з електрода 4 подається на - підсилювач заряду 6. Підсилена напруга з виходу підсилювача 5 подається на електрод 3, а напруга з виходуWhen the force E acts on the piezoelectric element 1, an electric charge and an electric voltage appear on the electrodes 2' and 4. The voltage from electrode 2" is supplied to voltage amplifier 5, and the charge from electrode 4 is supplied to - charge amplifier 6. The amplified voltage from the output of amplifier 5 is supplied to electrode 3, and the voltage from the output

Ге | підсилювача 6 подається відповідно на електрод 4", створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патентиGe | of the amplifier 6 is fed, respectively, to the electrode 4", creating two feedback circuits | see patents

України Мо34316А та 34317А, (30111/16, Б0О1Р15/09, 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. ма 70 - 4ЗБс).of Ukraine Mo34316A and 34317A, (30111/16, B0O1R15/09, 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. ma 70 - 4ZBs).

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі підключені таким чином, щоб утворювалось дві ланки с зворотного зв'язку, якість охвату зворотним зв'язком краща, ніж для одного підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання.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 coverage is better than for a single amplifier, which leads to an increase in the accuracy of the measurement.

Приклад конкретного використання. 29 У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 х10х4Омм. с Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на Фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ.An example of a specific use. 29 In a specific case, a piezo element made of piezoceramics TsTO-19 with a size of 10 x 10 x 4 Ohm 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 "Вгие! 8 Кіег" і піддавався впливу вібрації на частоті 100Гц з прискоренням Ід. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до 60 температури 50-32. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: прототип: 5-2,190; перетворювач, що заявляється: 5-1,3390. б5The transducer was installed on a vibration stand 4805 of the company "Vhye! 8 Kieg" and was exposed to vibration at a frequency of 100 Hz with an acceleration of Id. Then the converter was heated to 60 50-32 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; declared converter: 5-1.3390. b5

Claims

Formula of the invention Piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric 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 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 parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, to the electrodes that are parallel to the polarization vector P and are located on one face of the piezo element, connected to the input and the output of the voltage amplifier, and the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit, to one of the electrodes located on the face perpendicular to the polarization vector P, the input of the charge amplifier is connected, and the electrode on the opposite face is connected to the output of the charge amplifier, and the force vector E applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector R. z with "c) s s (ee) є

- and? - (ee) ime) ime) (42) 60 b5