UA30146U

UA30146U - Piezoelectric transduser of mechanical values

Info

Publication number: UA30146U
Application number: UAU200712623U
Authority: UA
Inventors: Валерий Михайлович Шарапов; Андрей Николаевич Гуржий; Андрей Андреевич Гуржий; Юрий Александрович Кочкарев
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 and also input and output conductors. The piezoelectric cell made as a rectangular plate or a disk with three electrodes from one side and one electrode from the other side of the piezoelectric cell. This electrode is located coplanar under one of the electrodes situated at the one side; input conductor is connected with one of the electrodes from the first side; output conductor is connected with the second electrode with the first side, the common wire is connected with the electrode from the other side. Two resistors are also connected to the piezoelectric cell. One terminal of the first resistor is connected to input conductor, the second terminal being connected to the third electrode from the first side. One terminal of the second resistor is connected to output conductor of the circuit, the second being connected to the third electrode from the first side.

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. Мо46б). 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. Mo46b). 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 leads 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, полу дисків та кілець |див. Шарапов В.М. и др.The piezo element can be made in the form of a rectangular plate, disk, cylinder, and other shapes, and the electrodes, respectively, in the form of rectangles, half disks, and rings | see Sharapov V.M. and others

Пьезозлектрические датчики. - М.: Техносфера, 2006: стр.б68, рис. 2.9 и стр.85, рис.2.14)|. 2Piezoelectric sensors. - M.: Technosfera, 2006: p. b68, 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. соThe 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. co

П'єзоелектричний трансформатор містить п'єзоелемент з електродами та вхідні та вихідні проводи. чЕA piezoelectric transformer contains a piezoelectric element with electrodes and input and output wires. hE

Пропонований п'єзоелектричний трансформатор відрізняється від прототипу тим, що п'єзоелемент виконаний у вигляді прямокутної пластини або диску з трьома електродами з однієї сторони та одного електрода з другої (77 сторони п'єзоелемента, причому цей електрод розташований компланарно під одним з електродів, о розташованих на першій стороні, вхідний провід з'єднаний з одним з електродів з першої сторони, а вихіднийThe proposed piezoelectric transformer differs from the prototype in that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular plate or disc with three electrodes on one side and one electrode on the other (77 sides of the piezoelectric element, and this electrode is located coplanar under one of the electrodes, about located on the first side, the input wire is connected to one of the electrodes on the first side, and the output

Зо провід з'єднаний з другим електродом з першої сторони, а загальний провід схеми з'єднаний з електродом з с другої сторони, до п'єзоелемента підключені також два резистори, один вивід першого підключений до вхідного проводу, а другий - з третім електродом з першої сторони, один вивід другого резистора з'єднаний з вихідним проводом схеми, а другий - з третім електродом з першої сторони. «The z wire is connected to the second electrode on the first side, and the common wire of the circuit is connected to the c electrode on the second side, two resistors are also connected to the piezo element, one terminal of the first is connected to the input wire, and the second is connected to the third electrode of of the first side, one terminal of the second resistor is connected to the output wire of the circuit, and the second - to the third electrode of the first side. "

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом достатніми для досягнення технічного результату. 50 Технічним результатом корисної моделі є підвищення лінійності АЧХ п'єзоелектричного трансформатора. т с Корисна модель пояснюється кресленням, де: з» на Фіг.1 - показана схема підключення п'єзоелектричного трансформатора; на Фіг.2 - АЯХ трансформатора, що пропонується (крива 1) та прототипу (крива 2).Each of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical result. 50 The technical result of the useful model is an increase in the frequency response linearity of the piezoelectric transformer. t c The useful model is explained by the drawing, where: z» in Fig. 1 - the connection diagram of the piezoelectric transformer is shown; in Fig. 2 - AYAH of the proposed transformer (curve 1) and the prototype (curve 2).

П'єзоелектричний трансформатор містить п'єзоелемент 1 з електродами - 2, 3, 4, 5. П'єзоелемент поляризований таким чином, що вектор поляризації Р є перпендикулярний до площини електродів. се Вхідний провід б підключений до електрода 2, а вихідний провід 7 до електрода 4, а загальний провід 8 о схеми підключений до електрода 5. До п'єзоелемента 1 підключений також два резистори 9 та 10 одним виводом до електрода 3, а другим відповідно до вхідного 6 та вихідного 7 виводів. - П'єзоелектричний трансформатор, який вибраний в якості прототипу, є коливальною системою з достатньо їх 20 високою добротністю, тобто має нелінійну АЧХ. Однак в деяких випадках є потреба в розширенні лінійної ділянкиThe piezoelectric transformer contains a piezoelectric element 1 with electrodes - 2, 3, 4, 5. The piezoelectric element is polarized in such a way that the polarization vector P is perpendicular to the plane of the electrodes. se The input wire b is connected to electrode 2, and the output wire 7 to electrode 4, and the common wire 8 of the circuit is connected to electrode 5. Two resistors 9 and 10 are also connected to piezo element 1 with one terminal to electrode 3, and the other according to input 6 and output 7 outputs. - The piezoelectric transformer, which was chosen as a prototype, is an oscillating system with a sufficiently high Q-factor, i.e., it has a non-linear frequency response. However, in some cases there is a need to extend the linear section

АЧХ. 0 Для цього в п'єзоелектричному трансформаторі, що пропонується, вхідні та вихідні проводи підключені до електродів п'єзоелемента таким чином, як це показано на Фіг.1.frequency response 0 For this purpose, in the proposed piezoelectric transformer, the input and output wires are connected to the electrodes of the piezoelectric element as shown in Fig.1.

П'єзоелектричний трансформатор працює наступним чином. 29 При підключені генератора сигналів (або іншого джерела сигналів) до вхідних електродів п'єзоелектричного с трансформатора, він коливається. При цьому на вихідних електродах п'єзоелектричного трансформатора генерується електрична напруга.The piezoelectric transformer works as follows. 29 When a signal generator (or other signal source) is connected to the input electrodes of a piezoelectric transformer, it oscillates. At the same time, an electric voltage is generated at the output electrodes of the piezoelectric transformer.

В зв'язку з тим, що використана схема підключення, як це показано на Фіг.1, АЧХ пропонованого п'єзоелектричного трансформатора лінійна. Одночасно виявилось, що вихідний сигнал є першою похідною від бо вхідного.Due to the fact that the connection scheme used, as shown in Fig. 1, the frequency response of the proposed piezoelectric transformer is linear. At the same time, it turned out that the output signal is the first derivative of the input signal.

Приклад конкретного використання.An 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 бо металевої (латунь ЛбЗ) пластини діаметром 36 з отвором діаметром 17мм, що знизило резонансну частоту п'єзоелектричного трансформатора до 4кГц (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 (LbZ brass) plate with a diameter of 36 with a hole with a diameter of 17 mm, which reduced the resonant frequency of the piezoelectric transformer to 4 kHz (bending oscillations).

П'єзоелемент був підключений за схемою прототипу до генератора Г3-106 (електроди 2, 3) та мілівольтметруThe piezo element was connected according to the prototype scheme to the G3-106 generator (electrodes 2, 3) and the millivoltmeter

В3-38 (електроди 4, 5). Електроди 3, 5 були підключені до загального проводу схеми. Результати вимірюванняB3-38 (electrodes 4, 5). Electrodes 3, 5 were connected to the common wire of the circuit. Measurement results

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

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

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.

Claims

Formula of the invention Piezoelectric transformer, which contains a piezo element with electrodes and input and output wires, which is characterized by the fact that the piezo element is made in the form of a rectangular plate or disk with three electrodes on one side and one electrode on the other side of the piezo element , and this electrode is located coplanar under one of the electrodes located on the first side, the input wire is connected to one of the electrodes on the first side, and the output wire is connected to the second electrode on the first side, and the common wire of the circuit is connected to electrode on the second side, two 2Ω resistors are also connected to the piezo element, one terminal of the first is connected to the input wire, and the second - to the third electrode on the first side, one terminal of the second resistor is connected to the output wire of the circuit, and the second - to the third electrode from the first side. that with (Se) "g "-- ("in") Zo "o

- and? (55) ("c") - 50 of them (42) 60 b5