Емкостный преобразователь напряжения

 

СПИ :АНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

1и1 44I 684

Союз Советских

Социалистических

Республик

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ъ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 14.04.72 (21) 1772582/18-10 с присоединением заявки М (32) Приоритет

Опубликовано 30.08.74. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 05.08.75 (51) М. Кл. Н 04r 17/00

Н Olv 7/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий (53) УДК 534.232(088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Овсянкина, В. М. Плужников, А. И. Токарев, В. М. Демидов и П. Г. Иванов

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (71) Заявитель (54) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области автоматики и электроники, в частности к устройствам преобразования и измерения электрических сигналов.

Известны емкостные преобразователи напряжения, выполненные в виде снабженной необходимыми электродами сегнетоэлектрической пластины (сегнетоконденсатора), работающей в режиме термоавтостабилизации, акустически связанной с одной поверхностью керамического пьезоэлемента, использующего изгибные по грани колебания и играющего роль управляющего емкостью сегнетоконденсатора пьезопривода.

Однако низкочастотный тип колебаний пьезоэлемента привода обусловливает ограниченный сверху диапазон частот выходного сигнала (технологически реализуемый диапазон рабочих частот пьезоэлементов изгибных по грани пьезопластин колебаний ограничен сверху величиной 40 кгц).

Узкая полоса пропускания пьезоэлементов изгибных по грани колебаний orðàHè÷èBàeò сверху диапазон частот преобразуемого сигнала (диапазон не превышает 0,75,/о от значения рабочей частоты пьезоэлемента, т. е. для наиболее широкополосных современных пьезокерамических материалов при максимально возможной частоте выходного сигнала 40 кгц составляет не более 300 гц).

Кроме того, в таком преобразователе низка эффективность пьезопривода, обусловленная, с одной стороны, низкой пьезоактивностью элементов изгибных по грани колебаний, с дру5 гой, — тем, что сегнетоконденсатор акустически связан лишь с одной поверхностью пьезоэлемента — привода, в силу чего для модуляции емкости используется лишь часть механической энергии, вырабатываемой пье10 зоприводом.

Целью изобретения является повышение рабочих частот выходного сигнала, расширение допустимого частотного диапазона преобразуемого сигнала и повышение коэффициента

15 преобразования.

Это достигается за счет того, что сегнетоконденсатор, выполненный в виде сегнетоэлектрического параллелепипеда с нанесенными на две его противоположные грани электродами, 20 акустически связан двумя своими противоположными свободными от электродов гранями с двумя пьезоэлементами в виде снабженных электродами брусков из пьезокерамики, работающими на продольных по длине колебаниях

25 и выполняющих роль управляющего емкостью сегнетоконденса тор а пьезопри вода, а также обеспечивающих реализацию режима термо автостабилизации сегнетоконденсатора.

На чертеже показаны две проекции емко30 стного преобразователя напряжения.

441684

Предмет изобретения

Составитель В. Овсянкина

Редактор Е. Дайч Техред Н. Ханеева Корректоры: В. Петрова и О. Данишева

За.каз 2275/12 Изд. № 1278 Тираж 679 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7А-З5, 1-аушская наб., д. 4 5

Типография, по. . апчиова, 2

1,мкостной преооразователь напряжения представляет собой сегнетоконденсатор, реализованный в виде сегнетоэлектрического параллелепипеда 1, акустически связанный с двумя пьезоэлементами, представляющими собой заполяризованные пьезокерамические бруски 2 и 3 и работающими на продольных по длине конструкции колебаниях. Сегнетоконденсатор и пьезоэлементы снабжены электродами 4, 4, 5, 5 и 6, 6 соответственно. Электроды 4, 5, 6 подключаются к общему зажиму («земля») преобразователя, электроды 5 и 6 — к источнику переменного напряжения, а электрод 4 — к источнику преобразуемого или измеряемого сигнала.

Принцип работы емкостного преобразователя напряжения заключается в следующем.

Переменное напряжение, прикладываемое к электродам 5, 6 и общему зажиму преобразователя (электроды 4, 5, 6), частота которого соответствует резонансной частоте конструкции, вызывает интенсивные синфазные механические колебания пьезокерамических стержней (пьезопривода преобразователя). Это напряжение, с одной стороны, обеспечивает режим термоавтостабилизации сегнетоконденсатора, с другой, — периодическое одноосное растяжение — сжатие сегнетоэлектрического кристалла конденсатора. Последнее сопровождается периодическим изменением диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика, а следовательно, емкости сегнетоконденсатора с частотой, в два раза большей резонансной частоты, В результате при подключении преобразуемого или измеряемого напряжения к электродам 4 и 4 в цепи сегнетоконденсатора (т. е. на выходе преобразователя) наблюдается модулированный по амплитуде электрический сигнал, несущая частота которого соо1ветствует удвоенной резонансной частоте кон5 струкции.

Такое выполнение емкостного преобразователя напряжения обеспечивает повышение диапазона рабочих частот выходного сигнала до сотен килогерц, расширение диапазона ча10 стот преобразуемого или измеряемого сигнала до единиц килогерц, увеличивает коэффициент преобразования устройства.

Кроме того, использование в качестве пьезопривода пьезоэлементов продольных по дли15 не колебаний существенно упрощает крепление устройства. Оно осуществляется по одной или нескольким узловым линиям, расположенным перпендикулярно к длине конструкции и проходящим через ее центр и точки, отстоя20 щие от концов на расстоянии четверти длины преобразователя.

25 Емкостной преобразователь напряжения, содержащий сегнетоконденсатор и акустически связанный с ним пьезопривод, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью повышения рабочих частот выходного сигнала, расширения

30 частотного диапазона преобразуемого или измеряемого сигнала, повышения коэффициента преобразования, его пьезопривод выполнен в виде двух пьезоэлементов, которые акустически связаны с противоположными гранями

35 сегнетоэлектрика и возбуждаются синфазнона частоте продольного резонанса конструкции.