Пьезоэлектрический сумматор
Патент 898444
Авторы
Классы МПК
Пьезоэлектрический сумматор
Иллюстрации
Реферат
Союз Соватскнн
Социалистических
Республик
O n И С А Н И Е >898444
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
{6!) Дополнительное к авт. сена-ву
{22)Заявлено 22.02.80 {2!) 285! 245/18-24 с присоединением заявки М{23) Приоритет
Опубликовано 15,01.82. Бюллетень М 2
Дата опубликования описания !5.01.82 (5l)M. Кл.
G 06 G 7/14
Гоаударстаснныб кеннтет
СССР аа делан наабретеннЯ н отнрытнЯ (53) УДК 68! ° 335 (088.8) (72) Авторы изобретения
И.С.Касимзаде, P.Ã.Äæàãóïoâ, P.Ô.Õàëè
Азербайджанский научно-исследовательс энергетики им. И.Г.Есьмана
{7l) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭПЕКТРИЧЕСКИЙ СУИИАТОР
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве сумматора скалярных и векторных электрических величин в широком диапазоне частот, а также как элемент аналоговых вычислительных систем в автоматизированных системах управления промышленными объектами.
Известны пьезоэлектрические сумто маторы переменного электрического напряжения, содержащие монолитную или составную (клееную) керамическую основу. Конструктивно пьезоэлектрические сумматоры выполняют15 ся в виде диска, бруска, цилиндра и другой формы, на гранях или торцах которых попарно размещены входные и выходные электроды. При приложении синусоидального электрического напряжения к входным электродам за счет обратного пьезоэффекта возникают бегущие волны смещения, деформации в количестве, соответствующем числу входных электродов. Если возбуждение колебаний происходит на линей" ном участке характеристики пьезоэлемента, то получим сложение потоков энергии в каждой точке воз" буждаемого объекта. Выходной электрический сигнал из объема сумматора выводится с помощью выходного электрода, на котором за счет прямого пьезоэффекта индуцируется заряд, пропорциональный суммарному значению механического напряжения, действующего в области расположения электрода f1).
Однако, несмотря на высокую точность суммирования, помехоустойчивость и широкий диапазон рабочих частот, пьезоэлектрические сумматоры не осуществляют пространственного (геометрического) сложения взаимноортогональных электрических величин, а лишь производят их алгебраическое суммирование.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, в котором пьезоэлемент выполнен в виде куба, на гранях
У и Z которого размещены попарно входные электроды, а на третьей паре граней — выходные. На электроды, расположенные по осям У и Л, пода-. ются суммируемые напряжения, под действием которых за счет обратного пьезоэффекта возникают упругие колебания. В результате их взаи" модействия в объеме куба возникают деформации и с выходных электродов за счет прямого пьезоэффекта снимается напряжение, амплитуда и частота которого соответственно равны сумме амплитуд и частот входных напряжений, Данный сумматор позволяет геометрически суммировать электрические напряжения (3 ).
Однако этот пьезоэлектрический сумматор осуществляет геометрическое суммирование лишь двух электрических напряжений и притом только в одной плоскости. Этот сумматор не осуществляет геометрического сум55
3 89844
Известен также пьезоэлектрический сумматор, состоящий из трех механически жестко соединенных между собой пьезоэлементов в виде трехслойной пластины, которая одним концом жестко закреплена в корпусе.
Свободный конец пластины механически соединен с блоком регистрации деI формаций, в качестве которого могут применяться, например, тензорезис- 1О торы, фоторезисторы и другие элементы, Каждый слой пластины содержит попарно расположенные входные электроды, которые соединены с соответствующими источниками входных 15 электрических сигналов. 11ри подаче суммируемых напряжений на соответствующие пьезоэлементы происходит линейная деформация каждого из пьезоэлементов. В результате этого пласти-щ на прогибается, величина и направление прогиба регистрируются блоком регистрации деформаций и преобразуются 8 выходной электрический сигнал (2 ).
Однако и этот пьезосумматор не позволяет геометрически суммировать электрические напряжения. К тому. же, устройство отличается сложностью, наличием дополнительного блока ре- 30 гистрации.
4 4 мирования электрических напряжений, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, т.е. не onределяет модуль вектора напряжения в пространстве °
Цель изобретения — расширение класса решаемых задач, Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом сумматоре, выполненном в виде многогранника из
1 пьезоэлектрического материала, три смежные грани которого имеют форму квадрата, и на двух из них размещены первые электроды двух пар входных электродов, три другие грани многогранника выполнены в виде прямоугольных равнобедренных треуголь— ников, примыкающих катетами к сторонам граней, имеющих форму квадрата, плоскость, ограниченная гипотенузами прямоугольных равнобедренных треугольников, образует седьмую грань многогранника, на которой размещен выходной электрод, на третьей грани многогранника, имеющей форму квадрата и, противоположной ей грани, выполненной в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, размещена пара дополнительных входных электродов,.Причем вторые электроды двух пар входных электродов размещены на гранях, выполненных в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, противоположных граням, имеющим форму квадрата.
На фиг. 1 изображена конструкция пьезоэлектрического сумматора, на фиг. 2 — амплитудные характеристики пьезоэлектрического сумматора, Пьезоэлектрический сумматор состоит из пьезоэлемента 1, выполненного в виде многогранника, например, из материала цирконататитаната свинца, на гранях которого одним из известных способов, например металлизацией, нанесены попарно три пары входных электродов 2-4. Выходной электрод 5 размещен на плоскости, например, проходящей через диагонали трех смежных граней многогранника.
Сумматор работает следующим образом.
На входные электроды 2-4 пьезосумматора соответственно подаются входные напряжения, сдвинутые в ь пространстве между собой на 90, За счет обратного пьезоэффекта пьезо5 8984 элемент 1 возбуждается, и это вызы- " вает пространственную деформацию.
На выходном электроде 5 за счет прямого пьезоэффекта генерирует напряжение, пропорциональное геометрической сумме трех ортогональных входных напряжений.
Работу сумматора можно о тисать следующим выражением:!
О формула изобретения
Пьезоэлектрический сумматор, выпол- ненный в виде многогранника из пьезоэлектрического материала, три смежные грани которого имеют форму квадрата, и иа двух из них размещены первые электроды двух пар входных электродов, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, три другие грани многогранника выполнены в виде прямоугольных равнобедренных треугольников, примыкающих катетами к сторонам граней, имеющих форму квадрата, плоскость, ограниченная гипотенузами прямоугольных равнобедренных треугольников, образует седьмую грань многогранника, на которой размещен выходной электрод, на третьей грани многогранника, имеющей форму квадрата, и противоположной ей грани, выполненной в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, размещена пара дополнительных входных электродов, причем вторые электроды двух пар входных электродов размещены на гранях, выполненных в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, противоположных граням, имеющим форму квадрата. ybgg=41K
U — суммарное выходное
Вы напряжение, пропорциональное модулю вектора напряжения, к,к,к — соответственно коэфя. 3 фициенты трансформации по входным каналам, определяющие связь по напряжению между выходом и каждым из входов.
Величины коэффициентов к -к on 3 ределяются геометрией электродов, отношениями площадей вход.ых и выходного электрода, параметрами материала пьезоэлемента.
Размещение на третьей паре граней пьезосумматора дополнительной пары входных электродов позволяет подавать на входные электроды три взаимноперпендикулярных электри35 ческих сигнала, а размещение выходного электрода на плоскости, проходящей через диагонали трех смежных граней пьезоэлемента, позволяет обес«40 печить равенство коэффициентов транс формации по трем входным каналам, зависящего от соотношения площадей входных и выходных электродов при геометрическом суммировании трех ,входных напряжений в пространстве.
На фиг. 2 представлены экспериментальные кривые амплитудных характеристик сумматора с сечением, проходящим через диагонали трех смежных граней кубa..
Кривые 6-8 характеризуют работу сумматора при подаче сигнала отдельно на каждый вход. Кривая 9 — при подаче сигнала одновременно на три входа. Здесь же пунктиром показана кривая, построенная на основе расчетных данных. Характеристики предложенного пьезосумматора (см, фиг. 2) 44 4 линейны (с неравномерностью не более +0,1X) в диапазоне входных напряжений 20-100 В.
Таким образом, в предложенном сумматоре значительно расширяется класс решаемых задач, т.е. обеспечивается геометрическое суммирование трех ортогональных напряжений, следовательно, определение модуля вектора напряжения в широком диапазоне частот.
Устройство сохраняет высокую точность, стабильность, помехоустойчивость, малые габариты и высокую надежность.
Кроме того, оно позволяет подавать на вход большие напряжения (до десягков кВ) и перекрывать широкий динамический диапазон. При этом минимальное значение входного сигнала составляет величину 10 В/мм.
Создание таких сумматоров позволяет, в частности, разработать трех,координатный измеритель напряженности переменного электрического поля.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Плужников В.М., Семенов В.С.
Пьезокерамические твердые схемы, М., "Энергия", 1971.
898444
2. Авторское свидетельство СССР
Р 413492, кл. G 06 G 7/14, 1974.
3. Авторское свидетельство СССР !! 256829, кл. G 06 G 7/14, !968
3 (прототип).
898444
40 бд
Фиг,8
Составитель С. Белан
Редактор В.Бобков Техред,М.Рейвес Корректор" С.Шекмар
Заказ 11951/66 Тираж 731 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал IIIIII "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4