Пьезоэлектрический сумматор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскии

Социалистнческии

Республик

1>i> 957223

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09. 03. 81 .(2I ) 3265040/18-24 (51)М. Кл.

G 06 G 7/14 с присоединением заявки М (23) ПрноритетаввУдврствс>иЫ1 квмитет

CCCP ав делам изабрвтеиий и атирытий (53) УДК681. 335 (088.8) Опубликовано 07.09.82 ° Бюллетень _#_a 33

Дата опубликования описания 07.09.82 (VI) Заявитель

Азербайджанский институт нефти и химии им. А.Азизбекова (54) ПЬЕЗОЭЛЕ1<ТРИЧЕСКИЙ СУИИАТОР

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в качестве сумматора скалярных и векторных электрических величин в широком диапазоне частот. Оно может быть использовано также как элемент аналоговых вычислительных систем и в автоматизированных системах управления промышленными объектами.

lO

Известны пьезоэлектрические сумматоры переменного электрического напряжения, содержащие монолитную или составную (клеенную ) керамическую основу. Конструктивно пьезоэлектричес15. кие сумматоры выполняются в виде дисka бруска, цилиндра и другой формы, на гранях или торцах которых попарно размещены входные и выходные электроды. При приложении синусоидально- 2о го электрического напряжения к входным электродам за счет обратного пьезоэффекта возникают бегущие волны смещения, деформации в количестве, 2 соответствующем, числу входных электродов. Прй возбуждении колебаний на линейном участке характеристики пьезоэлемента получаем сложение потоков энергии в каждой точке возбуждаемого объекта. Выходной электрический сигнал, таким образом, пропорционален суммарному значению входных напряжений (1 ).

Однако, несмотря на высокую точность суммирования, помехоустойчивость и широкий диапазон рабочих частот, пьезоэлектрические сумматоры проводят лишь алгебраическое суммирование, не осуществляя геометрического 1, пространственного ) сложения взаимоортогональных электрических величин.

Известен пьезоэле>сферический сумматор, состоящий из трех механически жестко соединенных между собой пьезоэлементов в виде трехслойной пластины, которая одним концом жестко закреплена в корпусе. Свободный конец

957223 пластины механически соединен с блоком регистрации деформации, .в качестве которого могут применяться, на пример, тенэорезисторы,. фоторезисторы и другие элементы- l(aNAblM слой 5 . пластины содержит попарно расположенные входные электроды, которые соединены с соответствующими источниками входных электрических сигналов. При подаче суммируемых напряже- 10 ний на соответствующие пьезоэлементы происходит линейная деформация каждого из пьезоэлементов. В результате этого пластина прогибается, величина и напряжение прогиба регистри- 1g руется блоком регистрации деформации и преобразуется в .выходной электрический сигнал (2 ).

Однако этот пьезосумматор не позволяет геометрически суммировать элек",щ трические напряжения. Наряду с этим устройство характеризуется сложностью, наличием дополнительного блока регистрации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пьезоэлектрический сумматор состоящий из пьезоэлемента, выполненного, в виде многогранника, на гранях которого нанесены попарно три пары входных элек-,з тродов. Выходной электрод размещен на плоскости, проходяцей через диагонали. трех смежных граней многогранника. Сумматор работает следующим образом, на входные электроды пьезо35 сумматора соответственно подаются входные напряжения, сдвинутые в прос.-ранстве между собой на 90о, За счет обратного пьезоэффекта пьезоэлемент возбуждается и это вызывает пространственную деформацию. На выходном электроде за счет прямого пьезоэффекта генерируется напряжение, пропорциональное геометрической сумме трех ортогональных входных напряжений Щ

Основными недостатками данного пьезоэлектрического сумматора являются: нелинейность компонент электрического поля. в объеме пьезоэлектрика вследствие асимметрии входных

5О электродов, что приводит к понижению точности суммирования; относительная сложность конструкции, что проявляется в необходимости искусственного выделения выходного суммирующего электрика; отсутствие полной гальванической развязки между входными и выходными электродами, что приводит к понижению функциональной надежности сумматора (т.е. к повышению погрешности передачи информации или сигналов).

Цель изобретения — повышение точности суммирования и расширение области применения сумматора за счет выполнения векторного суммирования.

Поставленная цель. достигается тем, что в пьезоэлектрическом сумматоре, выполненном в виде .многогранника из пьезокерамического материала, три смежные грани которого .имеют форму квадрата, а на противоположных его гранях расположены попарно входные и выходные электроды, многогранник выполнен в виде куба, причем пьеэокерамический сумматор снабжен дополнительными входным и выходным элекI тродами, выполненными в виде треуголь ных пирамид, вершины которых расположены в диаметрально противоположных вершинах куба, а их боковые грани размещены в трех взаимоперпендикулярных прилегающих к вершине гранях куба.

На фиг. 1 показана конструкция пьезоэлектрического сумматора; на фиг. 2 - схема его подключения в измерительную цепь. регистрирующего прибора.

Пьезоэлектрический сумматор состоит из пьезоэлемента 1, выполненного в виде куба из пьезокерамического материала, на гранях которого одним из известных способов, например металлиэацией, нанесены входные электроды 2-7 и выходные электроды 8-13.

Входная и выходная цепи конструктивно по отношению друг к другу симметричны, 1(аждая их этих цепей содержит один объемный и три плоских электрода. Объемный электрод представляет собой треугольную пирамиду, вершина которой совпадает с одной из вершин куба, а боковые грани лежат в трех его взаимоперпендикулярных плоскостях. На каждую иэ этих плоскостей нанесены гальванические связанные друг с другом электродные секции: для входной цепи 2,4 и б и для выходной цепи 8, 9 и 12 соответственно. Вершины входного и выходного объемных электродов расположены на диагонали куба. !(аждой из составляюцих частей пространственных электродов соответствуют электроды

9572

3, 5, 7 и 10,. 11, 13, расположенныа на,.противоположных гранях куба.

Во входной цепи эти электроды гальванически не связаны, а в выходной цепи объединены в одну линию (фиг.2). Ю

Сумматор работает следующим образом.

На входные электроды 3, 5 и 7 отйосительно общего пространственного электрода подаются напряжения U<, U2 и 13 g, сдвинутые между собой в пространстве на 90 . За счет обратного пьезоэффекта пьезоэлемент возбуждается, вследствие чего в нем возникает пространственная деформация. Эта деформация вызывает смещение той диагонали. куба, которая пересекает вершины входного и выходного пространственных электродов. Смещение диагонали вызывает альтернативную дефор- 20 мацию выходной части куба, вследствие чего на его электродах относительно выходного пространственного электрода (фиг.2) за счет прямого пьезоэффекта наводится ЭДС Ет, равная гео. метричеекой сумме входных напряжений, Симметричная конструкция входных и выходных. электродов и их полное гальваническое разделение обеспечивают высокую линейность преобразова- зе ния, постоянство коэффициентов преобразования, а также помехоустойчивость, и исключение влияние входной измерительной цепи на выходную и наоборот.

33

Предлагаемое устройство сохраняет все преимущества известных пьезоэлектрических сумматоров: высокую точность, стабильность, помехоустойчивость, малые габариты и высокую надежность. Кроме того, оно позволяет

23 d подава т ь на вход бол ьшие напряжения (до десятков киловольт ) и перекрывать широкий динамический диапазон, Исполбзование предлагаемых сумма- торов позволяет, в частности, . создавать измеритель напряженности переменного электрического поля.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический сумматор, выполненный в виде многогранника из пьезокерамического материала, три смежные грани которого имеют форму квадрата, а на противоположных его гранях расположены попарно входные и выходные электроды, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности суммирования и расширения области применения сумматора за счет выполнения векторного суммирования, многогранник выполнен в виде куба, причем пьезоэлектрический сумматор снабжен дополнительными входным и выходным электродами, выполненными в виде треугольных пирамид, вершйны которых расположены в диаметрально противоположными вершинах куба, а их боковые грани размещены в трех взаимоперпендикулярных прилегающих к вершине гранях куба.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Плужников В. И. Семенов l3. С.

Пьезокерамические твердые схемы. M., "Энергия", 1971. 2. Авторское свидетельство СССР

М 413492, кл. 6 06 G 7/14, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Н 2851245/18-24, ; кл. G 06 G 7/14, 1980 (прототип).

957223

Физ. 1

Составитель С. Белан

Редактор И. Тыкей Техред С.Мигунова Корректор Л. Бокшан

Заказ 6600/38 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4