Пьезоэлектрический преобразователь

 

Использование: в контрольноизмерительной технике. Сущность изобретения: преобразователь содержит две жестко связанные между собой пьезопластины, между которыми расположен заземленный электрод . На свободной поверхности первой пластины размещены два электрода, один из которых является дополнительным, а на свободной поверхности второй пластины один электрод. Дополнительный электрод подключен к последовательно соединенным первому выпрямителю , первому фильтру нижних частот и первому делителю напряжения. К электроду, расположенному на свободной поверхности второй пьезопластины , подключены последовательно связанные второй выпрямитель, второй фильтр нижних частот и второй делитель напряжения. Один из выходов каждого из двух делителей напряжения связан с одним из входов каждого из двух компараторов, выходы которых подключены к соответствующим входам логи«еского элемента. 2 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5. H 04 R 29/00

Р 1 t О9ЯОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ( i- ci 1-" 6 "Г 1 Й

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф.

° °

1» пьезоэлемента и рабочего пьезоэле- Ь, мента, инерционное тело установлено . ф на блок пьезоэлементов и кабеля свя"

;зи, при этом один иэ электродов " допопннтепнного пнеэоэпемента эпепт рически соединен ". выходом преобразователя, а другой электрод через локальную часть - с дополнительным в проводом кабепя.

Недостатком данного устройства является то, что его конструкция не позволяет проводить контроль работо способности преобразователя в про- цессе эксплуатации, не отключая его от измерительной системы.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4679864/10 (22) 18.04,89, (46) 15.07.92. Бюл.Р 26 (71) Одесский политехнический инсти-тут (72) Р.Г.Джагупов, Зухир Вакаф и

В.Г.Бровков (53) 534.282(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР и 551807, кл. Н 04 R 29/00, 1975.

Джагупов P.Ã., Ерофеев А.А. Пьезоэлектрические элементы в приборостроении и автоматике. Л.: Машино-. .строение, 1986, с. 82. (54) ПЬЕЯОЭЛЕКТРИЦЕСКИЙ ПРЕОБРАЗО-.

ВАТЕЛЬ (57) Использование: в контрольноизмерительной технике. Сущность изобретения: преобразователь содержит две жестко связанные между собой пьезопластины, между которыми распоI.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназ- " начено для контроля работоспособности пьезоэлектрических трансформаторных и автомобильных преобразователей, состоящих в большинстве слу" чаев из нескольких связанных между собой пьезоэлементов, например биморфный пьезоэлемент, к6торые функционально являются пьезотрансформато рами.

Известен пьезоэлектрический преобразователь содержащий корпус; в котором установлен блок пьезоэлементов, состоящий иэ дополнительного

2 ложен .заземленный электрод. На сво- . бодной поверхности первой пластины размещены два электрода, один из которых является дополнительным, а на свободной поверхности второй пластины один электрод. Дополнительный электрод подключен к последовательно соединенным первому выпрямителю, первому фильтру нижних частот и первому делителю напряжения. К электроду, расположенному на свободной поверхности второй пьеэопластины, подключены последовательно свя" занные второй выпрямитель, второй фильтр нижних частот и второй делитель напряжения. Один из выходов каждого иэ двух делителей напряжения связан с одним из входов каждого из двух компараторов, выходы которых подключены к соответствующим входам логи еского элемента. 2 ил.

292

3 1748

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является пьезоэлектрический преобразователь, содержащий биморфный пьезоэлемент, пьезоэлементы которого включены в об« . ратную связь усилителя, жестко соединены с фольговой подвеской, выступающей по обе стороны пластинки и служащей в качестве среднего элект-, рода, и частотомер, подключенный к выходу усилителя, Недостатком данного устройствая является то, что его конструкция не позволяет проводить контроль работоспособности преобразователя в прбцес- . се эксплуатации, не отключая его от измерительной системы, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя в процессе эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что известный пьезоэлектрическйй преобразователь, содержащий биморфный пьезоэлемент, пьезоэлементы которого включены в обратную связь усилителя, жестко соединены с фольго», вой подвеской, выступающей по обе стороны пластинки и служащей в качестве среднего электрода,"й частотомер; снабжен дополнительным элект- родом, выполненным на первом пьезо- .. элементе, двумя выпрямителями, двумя фильтрами, двумя делителями напряжения, двумя компараторами и логическим элементом, при этом к дополнительному электроду подключены пос- ледовательно соединенные первый выпрямитель, первый фильтр и первый делитель напряжения, а к электроду второго пьезоэлемента подключены последовательно соединенные второй выпрямитель, второй фильтр и второй делитель напряжения.

Делителй напряжения соединены с входами компараторов, выходы которых, подключены к входам логического эле-: мента, выход которого является выхо-., дом устройства контроля.

Отличием предлагаемого преобразователя является введение дополни тельНой секций и схемы контроля, что позволяет использовать соотношения двух выходных сигналов, снимае-. мых с вторичных секций пьеэоэлектри»

4 ческого преобразователя в рабочем режиме, которое сохраняется постоян- ным при исправном состоянии пьезо" элемента и изменяется при появлении в нем дефекта. Данный метод контроля пригоден для контроля работоспособности пьезоэлектрических преобразователей, независимо от. измеряемой физической величийы и независимо от режима работы (автоколебательный или режим .вынужденных колебаний).

На фиг.1 представлена структурная схема пьезоэлектрического преобразо" вателя; на фиг.2 - преобразователь.

Схема содержит преобразователь -в виде биморфного прямоугольного пье» зоэлемента, состоящего из двух пьезопластин 1 и 2, жестко соединенных

20 с фольговой подвеской 3, выступающей по обе стороны пластинки и служащей в качестве среднего электрода. Биморный пьезоэлемент включен в об-1 ратную связь с усилителем 4, часто- ;.

25 томер 5, подключенный к выходу усилителя 4. На пьезоэлементе I выделена дополнительная контрольная секция 6.

Устройство содержит выпрямители 7 и

8, фильтры 9 и 10 низких частот, 30 делители напряжения RR>

=R>R< компараторы 11 и 12, логический элемент 13.

K дополнительному электроду 6 подключены последовательно соединен ные выпрямитель 7, фильтр 9 и дели- .

35 .)тель напряжения R>R, а к электроду второго пьезоэлемента 2 подключены последовательно соединенные выпрямитель 8, фильтр 10 и делитель . . напряжения К„В =К К, Делители напряжения соединены с входом компараторов. 11 и 12, выходы которых подклю". чены к входам логического элемента

13.

Сущность работы преобразователя. заключается в контроле соотношения сигналов, снимаемых с вторичНых сеций пьезотрансформатора {биморфнощ0 го пьезоэлемента), которое является соотношением коэффициента трансфорI мации К>, К между входом и выхоо дами пьеэотрайсформатора,, и опреде . ляется выражением, рассчитанным для прямоугольного пьезоэлемента, показанного на фиг.2 (без учета коэффициента усиления усилителя, так каМ

era влияние на соотношение сйгналав ,отсутствует):

1748292 и

K+3 g (i Ь Ь+аЬ L ) . 0+ P.q (1-R < ) Ъ д 33 2

К . Оц 7.1 а

Q> р, qz (1 К )92.. {y,+С) 1. (2) I

Ue Kuo (а1 Ъл L + а Ь La) (L л + с)

U3 Ки bt Lz az L

10 1 где К Е - коэффициент электромеха- ровал на выходе сигнал логической нической связи продольного единицы и изменял свое состояние типа;

U - напряжение, снимаемое с . при --- P Н+ х

1 ч.

Uà,t выходного электрода; "

U> - напряжение, снимаемое с Таким образом, при выполнении ус» дополнительной секции; коэффициент здвисящии от

3 крепления пьезоэлемента; н ая д Gðîòíîñòü .2О фоРмиРУют сигнал логической едини(< - механическая до ротность цы, подаваемый на вход логического пьезоэлемента;

° н н го электрода. элемента 13, и его выходной сигнал а - толщина выходного электро. соответствует потенциалу логическо,го нуля. да; на лн тельной сек- д При дефектах пьезоэлемента отноции, выбранная произвольно; шение Ug/U изменяется и выходит из конструктивных соо ранструктивных соббра- за Установленные пределы, что ведет жений; к переключению одного из компараторов и появлению на выходе логическол н выходного электрода 30 го элемента 13 с гнала логической н ного электрода еДиниЦы, информируюЩего о Дефекте

b - ши ина выходного электрода. хема контроля работает следующим H p и и е р. "оглас о зо р тению был изготовлен макет устройстобразом. ва, в котором использовался преобравторичных секций преобразователей . зователь, выполненный из биморфного пьезоэлемента, состоящего из двух

2 и 6, выпрямляются с помощью двух двухполупериодных выпрямителей и: л ер ных выпрямителей 7 и.: продольных пьезопластин поперечно тели напряжения R)R и К К подается С 5 1" " а = 5 "10 Mт b средневыпрямленное значение сигнала : = 1" 0 м. Блоки схемы 1 - 4 выпол U ел„тел„ р q a R R .. наНы на операционном усилители типа средневыпрямленное значение сигнала не мленное значение сигнала . K 140 УЛВ. Компаратор выполнен на

U pi ет i елителей R R u R 1 микросхеме 521 САЗ. Элемент логики выбираются таким о разом, что ы при бразом чтобы при выполнен на микросхеме К 155 ЛИ1, номинальном соотношении сигналов тн шении сигналов Таким образом, предлагаемый преобразователь отличается тем, что ный условием работы) компаратор и о ы к мпаратор 12 обеспечивает контРоль пьезокеРамических преобразователей в процессе измерения, особенно в таких условиях, цы и переходил в состояние логическон вится мень- где преобразователь является узлом

: го нуля, если Б /У становится меньсистем автоматического управления ше номинального значения на некоторую

1 Ф о р м у л а и з о б р е т е:н: и я .Ведьмину Ь х7 то -ц- )с Н- х . Соот- Пьезоэлектрическии преобразователь, U5 55, содержащим две жестко связанные.межМ вественно параметры делителей R Rg и ду собой пьезопластины, электроды, ) 0

, R R должны быть подобраны так что.-.:. : один из которых расположен между об3 бы при U /U =Н, компаратор 11 форми- Ращенными одна к другой поверхностя3

e: .1

7 1748292 ми пьезопластин и заэемлен, а два дру- ледовательно соединенные, первый выпгие - на свободных поверхностях пьезо- рямитель, первый фильтр нижних частот пластин, отличающийся тем, что, и первый делйтель напряжения, к с целью расширения функциональных,, электроду, расположенному на свобод . возможностей за счет обеспечения ной поверхности второй йьеэопластины, контроля работоспособности преобраэо-" подключены последовательйо связанные вателя в процессе эксплуатации, в не- второй выпрямитель, второй фильтр нижго. введены дополнительнйй электрод, .:, них частот и второй. делитель напряразмещенный на незанятой основным,10 . æåHèÿ, а один из выходов каждого из . электродом свободной поверхности . делителей напряженйя связан с одним первой пьезопластины, два выпрямите-, из входов каждого из комйараторов, ля, два фильтра нижних частот, два выходы которых подключены к соот-; фелителя напряжения, два комйаратор»а ветствующим входам логического элеи логический элемент, причем к дойол - i15 мента. . йительному электроду подключены пос-!

»

Составитель 3.бакаф

Редактор K,Лисина . Техред И.йоргентал Корректор Э.Пончакова

» ° »» »» ° в»й»»е»»» ° а»е»»в»»аввеее»»в»»е»»эв»»»е»»» ° «в»ее» е» в

Заказ 2513 ., Тираж: Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытйям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", .r..Ужгород, ул. Гагарина,.101