UA19864U

UA19864U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA19864U
Application number: UAU200505769U
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: 2007-01-15

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, and the fourth pair of the electrodes is arranged at the sides that are perpendicular to the polarization vector. The first, third, and fourth electrodes that are arranged at one of the sides that are parallel to the polarization vector are connected accordingly to the input of the voltage amplifier and the input and the output of the charge amplifier. The electrode that is arranged at the opposite side and corresponds to the first electrode is connected to the common point of the transducer circuit. The second electrode that is arranged at one of the sides that are perpendicular to the polarization vector is connected to the output of the voltage amplifier. The electrode that is arranged at the opposite side and corresponds to the second electrode is connected to the common point of the transducer circuit. 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, 011 1/16, С0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо11.of Ukraine Mo34316A, 011 1/16, 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, 50111/16, С0О1Р15/09, 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, 50111/16, С0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Bul. 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 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 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 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 matching amplifiers in such a way that two feedback links are formed, while the force vector E is perpendicular to the polarization vector R.

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 награнях, /-) 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 З 30 електрода, підключений до загального проводу схеми, другий електрод, який розташований на одній з граней, які «о 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, а со вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р. Ге»)The 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 faces, /-) which 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 projection of the first C 30 electrode, connected to the common wire of the circuit, the second electrode, which is located on one of the faces that are perpendicular to the polarization vector P, is connected to the output of the voltage amplifier, and the electrode 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 E is applied to the piezo element perpen dicular to the polarization vector R. Ge")

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату. 3о Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання. --Each of the specified 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 чотирма парами електродів « 2-2, 3-3, 4-4, 5-5, та узгоджуючий підсилювач напруги б і узгоджуючий підсилювач заряду 7. Електроди 40 2-24, Б-Б розташовані паралельно до вектора поляризації Р, електроди 3-3, розташовані перпендикулярно З с до вектора поляризації Р. Входи узгоджуючих підсилювачів підключені до електродів 2", 4", виходи підключеніThe transducer contains piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes "2-2, 3-3, 4-4, 5-5, and matching voltage amplifier b and matching charge amplifier 7. Electrodes 40 2-24, B- B are located parallel to the polarization vector P, electrodes 3-3 are located perpendicular to the polarization vector P. The inputs of the matching amplifiers are connected to electrodes 2", 4", the outputs are connected

І» до електродів З та 5, а загальний провід до електродів 2, 3. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р.I" to electrodes Z and 5, and the common wire to electrodes 2, 3. The force vector E (mechanical quantity) is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P.

Перетворювач працює наступним чином. 45 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 б, а заряд з електрода 4" подається на (се) підсилювач заряду 7. Підсилена напруга з виходу підсилювача б подається на електрод 3, а напруга з виходу підсилювача 7 подається відповідно на електрод 5, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патентиThe converter works as follows. 45 When force E is applied to piezo element 1, an electric charge and an electric voltage 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 (se) charge amplifier 7. The amplified voltage from the output of the amplifier b is fed to electrode 3, and the voltage from the output of the amplifier 7 is fed, respectively, to electrode 5, creating two feedback circuits | see patents

Со України Мо34316А та 34317А, (30111/16, Б0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл.Мої, а також ПьезозлектрическиеSo of Ukraine Мо34316А and 34317А, (30111/16, Б0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric

Ге»! 20 преобразователи (Справочное пособиє) /Шарапов В.М. и др. /Под ред. В.М. Шарапова. -Черкассьі: ЧГТУ, 2004. -435с.|.Gee! 20 converters (Reference manual) / Sharapov V.M. etc. / Ed. V.M. Sharapova. - Cherkassy: ChGTU, 2004. -435 p.|.

Т» 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 підвищення точності вимірювання.T» 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 an increase in the measurement accuracy.

Приклад конкретного використання. с У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 х10х4Омм.An example of a specific use. c In this particular case, a piezo element made of piezoceramics TsTO-19 with a size of 10 x 10 x 4 Ohm was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 1О0х1О0мм розташовані так, як показано на Фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі К140УДВ.Electrodes on a piezo element measuring 1О0х1О0mm are arranged as shown in Fig. The amplifiers are assembled on the K140UDV chip.

Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "ВгьеІ 4 Кіег" і піддавався впливу вібрації на бо частоті 100Гц з прискоренням Ід. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до температури 50-32. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5-2,1905; 65 - перетворювач, що заявляється: 5-1,35905.The transducer was installed on a vibration stand 4805 of the company "VgyeI 4 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: 5-2,1905; 65 - declared converter: 5-1.35905.

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 a charge amplifier, which is distinguished by the fact that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, and three pairs of electrodes are located on the faces that are parallel to the polarization vector P, and the fourth pair of electrodes is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the first, third and fourth electrodes that are located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P , 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 which 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 the faces that are perpendicular to the vector polarization P, connected to the output of the voltage amplifier, and the electrode located n and the opposite face is the projection of the second electrode, connected to the common wire of the circuit, and the force vector E is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P.

with in "I

(Se) (ee) Ge) "- but) 1"

- (se) (ee)

(e)) GT"

because b5