Пьезоэлектрический преобразователь перемещения дискретного действия

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 947934(23) ПриоритетОпубликовано 30. 07. 82.Бюллетень Йо 28Дата опубликования описания 30.07.82 511 М. Кп. з Н 01 1 41/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ12 20 Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано для осуществления прецизионных линейных и угловых микроперемещений (программных и непрограммных) в узлах оптико-механических и оптико- электронных приборов, а также в точном станкостроении, машиностроениии в других областях техники в качест ве силового исполнительного органа высокоточных дискретных систем при- . водов микроперемещений и микропередач.Известны пьезоэлектрические преобразователи линейных перемещений диск ретного действия, представляющие собой, например, пьезокерамическую трубку с нанесенными на внутренних и наружных поверхностях управляющими электродами или пакет пьезоэлементов 13Недостаток известного преобразователя состоит в малом значении и нестабильности величины тягового усилия.25Известен пьезоэлектрический преобразователь перемещения дискретного действияг выполненный в виде пакета, собранного из отдельных пьезоэлементов, соединенных между собой меха нически-последовательно, электрически - параллельно 23.Недостатками известного устройства являются низкая точность отработки заданных перемещений вследствиесильного влияния гистерезиса характеристик пьезоэлемента, а также сложность схем питания и управления,1 ель изобретения - повыаение точности отработки заданных перемещенийпутем исключения влияния гистерезисахарактеристик пьезоэлементов, упрощения схем питания и управления,Поставленная цель достигаетсятем, что пьезоэлементы в преобразователе сгруппированы в секции 1 то кодовому принципу с количеством элементов в каждой из них, определяемьаивесом разряда и основанием системыкодирования, причем пьезоэлементыэлектрически соединены, между собойв пределах каждой секции,Это позволяет снизить отрицательное влияние гистерезиса на точностьотрабатываемых перемещений, При таком конструктивном выполнейии преобразователя на каждый его пьезоэлемент подается напряжение, имеющее два (при двоичном и двоичнодесятичном коде) или несколько фикси947934 10 15 20 ЬМ=Х -Х д(: 0 -О Ввиду того, что дХ и дО определены по координатам точек А и В, лежа-. щих на вершинах петли гистерезиса, они не зависят от характера (траектории)этой кривой, тен данном случае в выражениях дХ и дО гистерезис не участвует.Для произвольной точки С, расположенной на кривой гистерезиса между его вершинами А и В, напряжению Ос соответствуют два значения перемещения; Хс - для восходящей ветви б и Х - для нисходящей ветви Ф Гистерезис определяется как разность между этими значениями=(ф ХС40Из графика видно, что для крайних точек Л и В петли гистерезиса такой днухзначности не существует, т.е,:о.хщ 45Предлагаемое выполнение устройстна позволяет упростить схему питания, так как в этом случае требуется применить источник питания с двумя или несколькими фиксированными зна чениями выходного напРяжения, а также осуществить непосредственное преобразование управляющих сигналов, представленных в кодовом ниде в соответствующее перемещение, что позволяет упростить схему управления, исключив из его состава высокоточный кодо-аналоговый или цифро-аналоговый преобразователь. 30 Формула изобретения Пьезоэлектрический преобразователь перемещения дискретного действия, выполненный в виде пакета, собранного из отдельных пьезоэлементов, соединенных между собой механически - последовательно, электрически - параллельно, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности отработки заданных перемещений путем исключения влияния гистерезиса характеристик пьезоэлементов, упрощения схем питания и управления, пьезоэлементы в нем сгруппированы н секции по кодовому принципу с количеством элементов н каждой из них, определяемым весом разряда и основанием системы кодирования, причем пьезоэлементы электрованных уровней, в результате чего ими отрабатывается перемещение стро-. го фиксированной величины. При двоичном и двоично-десятичном коде построения секции ( разрядов) перемещение составляет5 дх=авздогде дХ - перемещение, отрабатываемоеодним пьезоэлементом;дО- разность уровней напряжения на пьезоэлемент;д - коэффициент пропорциональности, называемой продольным пьезомодулем.На фиг.1 дано определение дХ и дО из петли гистерезиса статической характеристики; на фиг.2 - схема одного из вариантон реализации преобразователя,Из определения следует Преобразователь 1 состоит иэ пье зоэлементов 2, собранных в виде пакета, Пьезоэлементы механически могут быть соединены между собой с помощью клея или прижаты друг к другу пружиной. Электрически они сгруппированы 65 в секции с числом элементов н каждойиз них где Мс - количество элементов, объединенных н секции; а - основание системы кодирования секций; и - номер (нес) разряда (и =1,2,3,)При двоичном и двоично-десятичном коде построения секций о =2,В пределах каждой секции пьезоэлементы электрически соединены между собой параллельно с помощью токо- подводящих шин 3 и 4 (шина 3 - общая). Секции преобразователя через коммутатор 5 подключаются к источнику б питания, который на своем выходе имеет два уровня напряжения (При двоичном и дноично-десятичном коде). Управление коммутатором осуществляется электронным блоком 7.При ручном управлении необходимое ь блока 7 отпадает. Преобразователь работает следующим образомВ соответствии с кодом, выдаваемым блоком 7 управления, коммутатор 5 подключает к источнику б питания соответствующий набор секций, общее количество элементов н котором пропорционально величине заданного перемещения.где К - заданное перемещение,ьХ - перемещение, обеспечиваемое одним пьезоэлементом.Таким образом, отработка заданных перемещений осуществляется путем подключения к источнику питания соответствующего количества пьезоэлементов..2 рически соединены между собой впределах каждой секции.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Р 1952215, кл,3108,1, 1976,2, Патент США Р 3614486, кл.3108.2, 1971 (прототип) .М илиал ППП "Патент",