Пьезоэлектрический сумматор

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскииСфцкалкстичвскниРеспублик(23) Прнорнтет 3 Ъеударстми 1 Ы 1 комитет Юьь.Р ав делам изобрвтеиий и атирытий(71) Заявитель Азербайджанский институт неФти и химии им. А.Азизбекова(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СУИИАТОР 1Изобретение 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.1 ОИзвестны пьезоэлектрические сумматоры переменного электрического напряжения, содержащие монолитную или составную заклеенную ) керамическую основу. Конструктивно пьезоэлектричес 15. кие сумматооы выполняются в виде дисКа бруска, цилиндра идругой Формы, на гранях или торцах которьх попарно размещены входные и выходные электроды. При приложении синусоидально о го электрического напряжения к входным электродам за счет обратного пьезоэффекта возникают бегущие волны смещения, деформации в количестве,2соответствующем . 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 пьезоэлектрический сумматор, состоящий из трех механически жестко соединенных между собой пьезоэлементов в виде трехслойной пластины, которая одним концом жестко закреплена в корпусе. Свободный конецпластины механически соединен .с блоком регистрации деформации, в качестве которого могут применяться, на пример, тензорезисторы,. Фоторезисторы и другие элементы 1(аждый слой 5 . пластины содержит попарно расположенные входные электроды, которые соединены с соответствующими источниками входных электрических сигналов. При подаче суммируемых напряже ний на соответствующие пьезоэлементы происходит линейная деформация каждого из пьезоэлементов. В результате этого пластина прогибается, величина и напряжение прогиба регистри 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 техническойсущности к предлагаемому является пьезоэлектрический сумматор, состоящийиз пьезоэлемента, выполненного, в видемногогранника, на гранях которого нанесены попарно три пары входных элек-,з(тродов, Выходной электрод размещенна плоскости, проходяцей через диаго.нали. трех смежных граней многогранника, Сумматор работает следующим образом, на входные электроды пьезо 35сумматора соответственно подаютсявходные напряжения, сдвинутые в пространстве между собой на 90 о, Засчет обратного пьезоэффекта пьезоэлемент возбуждается и это вызываетпространственную деформацию. На выходном электроде за счет прямого пьезоэффекта генерируется напряжение,пропорциональное геометрической сумметрех ортогональных входных напряжений ЩОсновными недостатками данногопьезоэлектрического сумматора являются: нелинейность компонент электрического поля. в объеме пьезоэлектрика вследствие асимметрии входных5 Оэлектродов, что приводит к понижениюточности суммирования; относительнаясложность 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 сумматорат,е, к повышению погрешности передачи информации или сигналов 1.Цель изобретения - повышение точности суммирования и расширение области применения сумматора за счетвыполнения 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 пьезокерамический сумматор снабжен дополнительными входным и выходным элек 1тродами, выполненными в виде треуголь ных пирамид, вершины которых расположены в диаметрально противоположныхвершинах 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 металлизацией, 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 извершин куба, а боковые грани лежат в трех его взаимоперпендикулярных плоскостях. На каждую из 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 составляющих частей пространственных электродов соответствуют электроды957231 5, 7 и 10 11, 13 расположенныана, противоположных гранях куба.Во входной цепи эти электроды гальванически не связаны, а в выходнойцепи объединены в одну линию фиг.2). 3Сумматор работает следующим образом,На входные электроды 3, 5 и 7 отйосительно общего пространственногоэлектрода подаются напряжения О, 02 10и 13, сдвинутые между собой в пространстве на 90 . За счет обратногопьезоэффекта пьезоэлемент возбуждается, вследствие чего в нем возникаетпространственная деформация, Эта де Зформация вызывает смещение той диагонали куба, которая пересекает вершины входного и выходного пространственных электродов. Смещение диагонали вызывает альтернативную деформацию выходной части куба, вследствие чего на его электродах относительно выходного пространственного электрода фиг,2) за счет прямого пьезоэффекта наводится ЭДС Е, равная гео.фметричеекой сумме входных напряжений,Симметричная конструкция входныхи выходных. электродов и их полноегальваническое разделение обеспечивают высокую линейность преобразова. зения, постоянство коэффициентов преобразования, а также помехоустойчивость, и исклюцение влияние входной измерительной цепи на выходнуюи наоборот.33Предлагаемое устройство сохраняетвсе преимущества известных пьезоэлектрических сумматоров: высокую тоцность, стабильность, помехоустойчивость, малые габариты и высокую надежность. Кроме того, оно позволяет 23 бподава 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.ФормулаизобретенияПьезоэлектрический сумматор, выполненный в виде многогранника изпьезокерамического материала, трисмежные грани которого имеют формуквадрата, а на противоположных егогранях расположены попарно входные ивыходные электроды, о т л и ч а ющ и й с я тем, цто, с целью повышения точности суммирования и расширения области применения сумматора за счет выполнения векторногосуммирования, многогранник выполненв виде куба, причем пьезоэлектрический сумматор снабжен дополнительными входным и выходным электродами,выполненными в виде треугольных пирамид, вершйны которых расположены вдиаметрально противоположными вершинах куба, а их боковые грани размещены в трех взаимоперпендикулярныхприлегающих к вершине гранях куба.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Плужников В. И, Семенов В,Пьезокерамические твердые схемы, М.,"Энергия", 19712. Авторское свидетельство СССРМ 413492, кл, 6 06 О 7/14, 19723. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2851245/18-24,;кл, О 06 6 7/14, 1980 (прототип),957223 Составитель С. Беланкей Техред С.Мигунова Корректор Л. Бокша кт ПодписнСССР з 6600/38 Тираж 731 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и открыт 113035, Иосква, 1 К, Раушская