UA30144U

UA30144U - Piezoelectric transformer

Info

Publication number: UA30144U
Application number: UAU200712621U
Authority: UA
Inventors: Валерий Михайлович Шарапов; Андрей Николаевич Гуржий; Андрей Андреевич Гуржий; Юлия Юрьевна Бондаренко
Original assignee: Валерий Михайлович Шарапов
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2008-02-11

Abstract

A piezoelectric transformer includes a piezoelectric cell with two systems of electrodes, input and output conductors. Moreover, input conductor is connected to the second electrode of the first system of electrodes, output conductor of the first output is connected to the first electrode of the first system of electrodes; output conductor of the second output is connected to the second output of the second system of electrodes; the common wire is connected to the first electrode of the second system of electrodes; two resistor are also connected to the piezoelectric cell with one terminal of the first resistor being connected to output conductor of the first output, the another terminal being connected to common wire of the circuit. One terminal of the second resistor is connected to the input conductor, another terminal – to output conductor of the second output.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до п'єзоелектричних трансформаторів і може бути використана у радіоелектронній 2 апаратурі в якості трансформатора напруги або в інших областях.The useful model belongs to piezoelectric transformers and can be used in radio-electronic 2 equipment as a voltage transformer or in other areas.

Відомий п'єзоелектричний трансформатор, що містить п'єзоелемент з двома системами електродів, та вхідні та вихідні проводи |див. Патент СРСР Мо453598, 1974, Бюл. Мо46). Цей п'єзоелектричний трансформатор використовується в якості датчика статичного тиску.A known piezoelectric transformer containing a piezoelectric element with two electrode systems, and input and output leads |see USSR patent Mo453598, 1974, Bull. Mo46). This piezoelectric transformer is used as a static pressure sensor.

Недоліком цього п'єзоелектричного трансформатора є нелінійність амплітудно-частотної характеристики 70 (АЧХ), що звужує його сферу використання.The disadvantage of this piezoelectric transformer is the non-linearity of the amplitude-frequency characteristic 70 (frequency response), which narrows its scope of use.

Відомий п'єзоелектричного трансформатора, що містить п'єзоелемент з двома системами електродів, та вхідні та вихідні проводи |див. Патент СРСР Мо815527, 1981, Бюл. Мо11). Цей п'єзоелектричний трансформатор також використовується в якості п'єзоелектричного датчика.A known piezoelectric transformer containing a piezoelectric element with two electrode systems, and input and output wires | see USSR patent Mo815527, 1981, Bull. Mo11). This piezoelectric transformer is also used as a piezoelectric sensor.

Недоліком цього п'єзоелектричного трансформатора є нелінійність АЧХ, що звужує його сферу використання. 12 Відомий п'єзоелектричний трансформатор, що містить п'єзоелемент з двома системами електродів, вхідні та вихідні проводи |див. Лавриненко В.В. Пьезозлектрические трансформаторь - М.: Знергия, 1975: стр.27; табл.2, поперечно-поперечная схема).The disadvantage of this piezoelectric transformer is the non-linearity of frequency response, which narrows its scope of use. 12 A known piezoelectric transformer containing a piezoelectric element with two electrode systems, input and output wires | see Lavrynenko V.V. Piezoelectric transformer - M.: Znergia, 1975: p. 27; Table 2, cross-sectional diagram).

Перший електрод першої системи електродів цього п'єзоелектричного трансформатора розташований над другим електродом першої системи, а перший електрод другої системи - відповідно над другим електродом другої системи.The first electrode of the first electrode system of this piezoelectric transformer is located above the second electrode of the first system, and the first electrode of the second system is respectively above the second electrode of the second system.

До першої системи електродів звичайно підключають генератор електричних коливань, а до другої - вимірюваний прилад.A generator of electrical oscillations is usually connected to the first system of electrodes, and to the second - a measuring device.

П'єзоелемент може бути виконаний у вигляді прямокутної пластини, диска, циліндра та іншої форми, а електроди відповідно у вигляді прямокутників, полудисків та кілець |див. Шарапов В.М. и др.The piezo element can be made in the form of a rectangular plate, disc, cylinder, and other shapes, and the electrodes, respectively, in the form of rectangles, half-discs, and rings | see Sharapov V.M. and others

Пьезозлектрические датчики. - М: Техносфера, 2006: стр.68, рис.2.9 и стр.85, рис.2.14). 2Piezoelectric sensors. - M: Technosfera, 2006: p. 68, fig. 2.9 and p. 85, fig. 2.14). 2

Вказаний п'єзоелектричний трансформатор найбільше близький по технічній сутності до того, що заявляється, і вибраний в якості прототипу.The specified piezoelectric transformer is closest in technical essence to what is claimed, and was chosen as a prototype.

В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення п'єзоелектричного трансформатора шляхом вибору схеми підключення електродів до вхідних та вихідних проводів п'єзоелектричного трансформатора. ЯThe basis of the useful model is the task of improving the piezoelectric transformer by choosing the scheme of connecting the electrodes to the input and output wires of the piezoelectric transformer. I

П'єзоелектричний трансформатор містить п'єзоелемент з двома системами електродів та вхідні та вихідні чЕ проводи.A piezoelectric transformer contains a piezoelectric element with two electrode systems and input and output PE wires.

Пропонований п'єзоелектричний трансформатор відрізняється від прототипу тим, що вхідний провід «-- підключений до другого електрода першої системи електродів, вихідний провід першого виходу підключений до о першого електрода першої системи електродів, а вихідний провід другого виходу підключений до другого виходу 325 другої системи електродів, а загальний провід схеми підключений до першого електрода другої системи со електродів, до п'єзоелемента підключений також два резистори, один вивід першого з них підключений до вихідного проводу першого виходу, а другий - до загального проводу схеми, а один вивід другого резистора підключений до вхідного проводу, а другий - до вихідного проводу другого виходу. «The proposed piezoelectric transformer differs from the prototype in that the input wire is connected to the second electrode of the first electrode system, the output wire of the first output is connected to the first electrode of the first electrode system, and the output wire of the second output is connected to the second output 325 of the second electrode system , and the common wire of the circuit is connected to the first electrode of the second system of electrodes, two resistors are also connected to the piezo element, one terminal of the first of them is connected to the output wire of the first output, and the second - to the common wire of the circuit, and one terminal of the second resistor is connected to input wire, and the second - to the output wire of the second output. "

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного 70 результату. о, с Технічним результатом винаходу є підвищення лінійності АЧХ п'єзоелектричного трансформатора. з» Корисна модель пояснюється кресленням, де: - на фіг.1 показана схема підключення п'єзоелектричного трансформатора; - на Фіг2 - АЧХ трансформатора, що пропонується (з виходу 1 - крива 1, з виходу 2 - крива 2), та прототипу (крива 3); со - на Фіг.З - осцилограма вхідного сигналу; о - на Фіг.4 - осцилограма сигналу з виходу 1; - на Фіг.5 - осцилограма сигналу з виходу 2; - - на Фіг.б - осцилограма вихідного сигналу для прототипа. П'єзоелектричний трансформатор містить їх 20 п'єзоелемент 1 з двома системами електродів - 2, З та 4, 5. П'єзоелемент поляризований таким чином, що вектор поляризації Р є перпендикулярний до площини електродів. ї» Вхідний провід б підключений до другого електрода З першої системи електродів, а вихідний провід 7 першого виходу - до першого електрода 2 першої системи електродів, вихідний провід 8 виходу 2 - до другого електрода 5 другої системи електродів, а загальний провід 9 схеми підключений до першого електрода 4 другої 22 системи електродів. До п'єзоелемента 1 підключені також два резистори 10, 11. с П'єзоелектричний трансформатор, який вибраний в якості прототипу, є коливальною системою з достатньо високою добротністю, тобто має нелінійну АЧХ. Однак в деяких випадках є потреба в розширенні лінійної ділянкиEach of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical 70 result. o, c The technical result of the invention is an increase in the frequency response linearity of the piezoelectric transformer. z» A useful model is explained by a drawing, where: - Fig. 1 shows the connection diagram of a piezoelectric transformer; - in Fig. 2 - frequency response of the proposed transformer (from output 1 - curve 1, from output 2 - curve 2) and prototype (curve 3); so - in Fig. 3 - oscillogram of the input signal; o - in Fig. 4 - oscillogram of the signal from output 1; - in Fig. 5 - oscillogram of the signal from output 2; - - in Fig. b - an oscillogram of the output signal for the prototype. The piezoelectric transformer contains 20 piezoelectric elements 1 with two electrode systems - 2, 3 and 4, 5. The piezoelectric element is polarized in such a way that the polarization vector P is perpendicular to the plane of the electrodes. The input wire b is connected to the second electrode Z of the first electrode system, and the output wire 7 of the first output is connected to the first electrode 2 of the first electrode system, the output wire 8 of output 2 is connected to the second electrode 5 of the second electrode system, and the common wire 9 of the circuit is connected to of the first electrode 4 of the second 22 system of electrodes. Two resistors 10, 11 are also connected to the piezoelectric element 1. c The piezoelectric transformer, which is selected as a prototype, is an oscillating system with a sufficiently high Q-factor, that is, it has a non-linear frequency response. However, in some cases there is a need to extend the linear section

АЧХ.frequency response

Для цього в п'єзоелектричному трансформаторі, що пропонується, вхідні та вихідні проводи підключені до 60 електродів п'єзоелемента таким чином, як це показано на Фіг.1.For this, in the proposed piezoelectric transformer, the input and output wires are connected to 60 electrodes of the piezoelectric element as shown in Fig.1.

П'єзоелектричний трансформатор працює наступним чином.The piezoelectric transformer works as follows.

При підключені генератора сигналів (або іншого джерела сигналів) до вхідних електродів п'єзоелектричного трансформатора, він коливається. При цьому на вихідних електродах п'єзоелектричного трансформатора генерується електрична напруга. бо В зв'язку з тим, що використана схема підключення, як це показано на Фіг.1, АЧХ пропонованого п'єзоелектричного трансформатора лінійна.When the signal generator (or other signal source) is connected to the input electrodes of the piezoelectric transformer, it oscillates. At the same time, an electric voltage is generated at the output electrodes of the piezoelectric transformer. because Due to the fact that the connection scheme is used, as shown in Fig. 1, the frequency response of the proposed piezoelectric transformer is linear.

Одночасно, як показали експерименти, вихідний сигнал на виході 1 є першою похідною від вхідного, а на виході 2 - інтегралом від вхідного (Фіг.4, 5).At the same time, as the experiments showed, the output signal at output 1 is the first derivative of the input, and at output 2 - the integral of the input (Fig. 4, 5).

Приклад конкретного використанняAn example of a specific use

У конкретному випадку використовувався п'єзоелектричний трансформатор з п'єзокераміки ЦТо-19 діаметром ЗО та товщиною 0,8мм з електродами у вигляді дисків діаметром 1бмм та кілець з зовнішнім діаметром 30 та внутрішнім 17мм. Для підвищення механічної міцності п'єзоелемент був приклеєний до металевої (латунь ЛЄЗ3) пластини діаметром 36 з отвором діаметром 17мм, що знизило резонансну частоту 7/0 п'єзоелектричного трансформатора до 4кГцу (вигинні коливання).In this particular case, a piezoelectric transformer made of piezoceramics TsTo-19 with a diameter of 30 mm and a thickness of 0.8 mm was used, with electrodes in the form of discs with a diameter of 1 mm and rings with an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of 17 mm. To increase the mechanical strength, the piezoelectric element was glued to a metal (LEEZ3 brass) plate with a diameter of 36 with a hole with a diameter of 17 mm, which reduced the resonant frequency of the 7/0 piezoelectric transformer to 4 kHz (bending oscillations).

П'єзоелемент був підключений за схемою прототипу до генератора Г3-106 (електроди 2, 3) та мілівольтметру 83-38 (електроди 4, 5). Електроди 3, 5 були підключені до загального проводу схеми. Результати вимірюванняThe piezo element was connected according to the prototype scheme to the G3-106 generator (electrodes 2, 3) and the 83-38 millivoltmeter (electrodes 4, 5). Electrodes 3, 5 were connected to the common wire of the circuit. Measurement results

АХЧ показані на Фіг.2 (крива 3).AHF are shown in Fig. 2 (curve 3).

Результати вимірювання АЧХ для п'єзоелектричного трансформатора, що пропонується, показані на Фіг.2 7/5 (крива 1 - вихід 1, крива 2 - вихід 2).The frequency response measurement results for the proposed piezoelectric transformer are shown in Fig. 2 7/5 (curve 1 - output 1, curve 2 - output 2).

Як видно з Фіг2, АЧХ пропонованого п'єзоелектричного трансформатора має лінійність у більшому частотному діапазоні, ніж прототип.As can be seen from Fig2, the frequency response of the proposed piezoelectric transformer has linearity in a larger frequency range than the prototype.

На Фіг.3, 4, 5, 6 показані осцилограми: вхідного сигналу (Фіг.3), вихідного з виходу 1 (Фіг.4), вихідного з виходу 2 (Фіг.5), вихідного для прототипу (Фіг.б), звідкіля видно, що п'єзоелектричний трансформатор диференціює (вихід 1) і одночасно інтегрує (вихід 2) вхідний сигнал.Figures 3, 4, 5, 6 show oscillograms: input signal (Figure 3), output from output 1 (Figure 4), output from output 2 (Figure 5), output for the prototype (Figure b), from which it can be seen that the piezoelectric transformer differentiates (output 1) and simultaneously integrates (output 2) the input signal.

Осцилограми сфотографовані з екрану осцилографа С1-55 за допомогою фотоапарата Сапоп ЕО5 200.The oscillograms were photographed from the C1-55 oscilloscope screen using a Sapop EO5 200 camera.

Claims

The formula of the invention

Ш 0. с, с, Piezoelectric transformer, which contains a piezoelectric element with two electrode systems and input and - output wires, which is characterized by the fact that the input wire is connected to the second electrode of the first electrode system, the output wire of the first output is connected to the first electrode of the first electrode system, and the output wire of the second output is connected to the second output of the second electrode system, and the common wire "from the circuit is connected to the first electrode of the second electrode system, two resistors are also connected to the piezo element, one output of the first of them is connected to the output wire of the first output, and the second - to the common wire of the circuit, and one terminal of the second resistor is connected to the input wire, and the other - to - the output wire of the second output. ("in") Zo "o -

with . and? (55) («c») - FT» ch s 60 b5