Емкостный преобразователь напряжения

О П И:-А Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ гц 441684 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 14.04,72 (21) 1772582/18-10с присоединением заявки МеГосударственный комитет Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий(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(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 ограничивает 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 низкаэффективность пьезопривода, обусловленная, с одной стороны, низкой пьезоактивностью элементов изгибных по грани колебаний, с дру гой, - тем, что сегнетоконденсатор акустически связан лишь с одной поверхностью пьезоэлемента - привода, в силу чего для модуляции емкости используется лишь часть механической энергии, вырабатываемой пье 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 емкостьюсегнетоконденсатора пьезопривода, а также обеспечивающих реализацию режима термо автостабилизации сегнетоконденсатора.На чертеже показаны две проекции емко стного преобразователя напряжения.441684 а,каз 2275/12ЦНИИ ПодписноеСССР Изд.1278 Государственногопо делам изо Москва, Д-".,Тираж 679 Совета Минист открытий иб д, 45митет тений ушска нпографпя Сапчнова. 2 31;мкостной преобразователь напряжения представляет собой сегнетоконденсатор, реализованный в виде сегнетоэлектрического параллелепипеда 1, акустически связанный с двумя пьезоэлементами, представляющими собой заполяризованные пьезокерам ические 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 диэлек. трической 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 Составител ктор Е. Дайч Техред Н. Ханеев(т. е, на выходе преобразователя) наблюдается модулированный по амплитуде электрический сигнал, несущая частота которого соответствует удвоенной резонансноц частоте кон.5 струкции.Такое выполнение емкостного преобразователя напряжения обеспечивает повышение диапазона рабочих частот выходного сигнала до сотен килогерц, расширение диапазона ча стот преобразуемого или измеряемого сигнала до единиц килогерц, увеличивает коэффициент преобразования устройства,Кроме того, использование в качестве пьезопривода пьезоэлементов продольных по дли не колебаний существенно упрощает крепление устройства. Оно осуществляется по однои или нескольким узловым линиям, расположенным перпендикулярно к длине конструкции и проходящим через ее центр и точки, отстоя щие от концов на расстоянии четверти длиныпреобразователя. Предмет изобретения 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 синфазноначастоте продольного резонанса конструкции. ОвсянкинаКорректоры: В. Петрова и О. Данишева