Пьезоэлектрический сумматор

Союз СоватскикСоциалистнчесникРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 898444(5 )М. Кл. С 06 6 7/14 Гоаудерстеавыб комитет СССР аа делам изебретеккЯ н открыткЯ) 11 ЬЕЗОЭНЕКТРИЧЕСКИЙ С Изобрее и вычи ся к автоматихнике и может честве суммарных электриом диапазоне ение относи лительной т ьзовано в к рных и вект ичин в широ ть испоора скалеских вел к элемент а а так ча ав матизированных системах управления промышленными объектами.Известны пьезоэлектрические сумматоры переменного электрического напряжения, содержащие монолитную или составную (клееную) керамическую основу. Конструктивно пьез электрические сумматоры выполняются в виде диска, бруска, цилиндра и другой формы, на гранях или торца которых попарно размещены входные и выходные электроды. При приложении синусоидального электрического напряжения к входным электродам за сч обратного пьезоэффекта возникают бегущие волны смещения, деформации в количестве, соответствующем чискую точустойвы оме рабочи суммадиапазон рические ют прост ого) сло нстве ения взскихих алэлектри оизводя ро вых вычислительных си лу входных электродов. Если возбуждение колебаний происходит на линей ном участке характеристики пьезоэлемента, то получим сложение потоков энергии в каждой точке воз" буждаемого объекта. Выходной электрический сигнал из объема сумматора выводится с помощью выходного электрода, на котором за счет прямого пьезоэффекта индуцируется заряд, пропорциональный суммарному значению механического напряжения, действующего в области расположения электрода11. 5Однако, несмотностьсуммированичивость и широкийчастот, пьезоэлек20торы не осуществлного (геометричесимноортогональныхвеличин, а лишь игебраическое суммиНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, в котором пьезоэлемент выполнен в виде куба, на гранях У и Е которого размещены попарно входные электроды, а на третьей паре граней - выходные. На электроды, расположенные по осям У и Л, пода" ются суммируемые напряжения, под действием которых за счет обратного пьезоэффекта возникают упругие колебания. В результате их взаи" модействия в объеме куба возникают деформации и с выходных электродов за счет прямого пьезоэффекта снимается напряжение, амплитуда и частота которого соответственно равны сумме амплитуд и частот входных напряжений, Данный сумматор позволяет геометрически суммировать электрические напряжения3,1.Однако этот пьезоэлектрический сумматор осуществляет геометрическое суммирование лишь двух электрических напряжений и притом только в одной плоскости. Этот сумматор не осуществляет геометрического сум 35 3 89844Известен также пьезоэлектрический сумматор, состоящий из трехмеханически жестко соединенныхмежду собой пьезоэлементов в видетрехслойной пластины, которая однимконцом жестко закреплена в корпусе.Свободный конец пластины механически соединен с блоком регистрации деформаций, в качестве которого могутприменяться, например, тензорезис Оторы, фоторезисторы и другие элементы, Каждый слой пластины содержит попарно расположенные входныеэлектроды, которые соединены с соответствующими источниками входных 15электрических сигналов. 11 ри подачесуммируемых напряжений на соответствующие пьезоэлементы происходитлинейная деформация каждого из пьезоэлементов. В результате этого пластина прогибается, величина и направление прогиба регистрируются блоком регистрации деформаций и преобразуются в выходной электрический сигнал 12 ,25Однако и этот пьезосумматор непозволяет геометрически суммироватьэлектрические напряжения. К тому.же, устройство отличается сложностью,наличием дополнительного блока ре Огистрации. 4 4мирования электрических напряжений, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, т.е, не определяет модуль вектора напряженияв пространствеЦель изобретения - расширениекласса решаемых задач,Указанная цель достигается тем,что в пьезоэлектрическом сумматоре,выполненном в виде многогранника изЪпьезоэлектрического материала, трисмежные грани которого имеют формуквадрата, и на двух из них размещены первые электроды двух пар входных электродов, три другие гранимногогранника выполнены в виде прямоугольных равнобедренных треугольников, примыкающих катетами к сторонам граней, имеющих форму квадрата, плоскость, ограниченная гипотенузами прямоугольных равнобедренных треугольников, образует седьмую грань многогранника, на которойразмещен выходной электрод, на третьей грани многогранника, имеющейформу квадрата и, противоположнойей грани, выполненной в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, размещена пара дополнительныхвходных электродов,.Ъричем вторыеэлектроды двух пар входных электродов размещены на гранях, выполненных в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, противоположных граням, имеющим форму квадрата. На фиг. 1 изображена конструкцияпьезоэлектрического сумматора, нафиг. 2 - амплитудные характеристики пьезоэлектрического сумматора;Пьезоэлектрический сумматор состоит из пьезоэлемента 1, выполненного в виде многогранника, например, из материала цирконататитаната свинца, на гранях которого одним из известных способов,например металлизацией, нанесеныпопарно три пары входных электродов 2-4. Выходной электрод 5 размещен на плоскости, например, проходящей через диагонали трех смежныхграней многогранника,Сумматор работает следующим образом.На входные электроды 2-4 пьезосумматора соответственно подаютсявходные напряжения, сдвинутые вьпространстве между собой на 90 , Засчет обратного пьезоэффекта пьезо5 8984 элемент 1 возбуждается, и это вызы-вает пространственную деформацию. На выходном электроде 5 за счет прямого пьезоэффекта генерирует напряжение, пропорциональное геометрической сумме трех ортогональных входных напряжений,Работу сумматора можно описать следующим выражением; О формула изобретения Пьезоэлектрический сумматор, выпол- ненный в виде многогранника из пьезоэлектрического материала, три смежные грани которого имеют форму квадрата, и иа двух из них размещены первые электроды двух пар входных электродов, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью расширения клас" са решаемых задач, три другие грани многогранника выполнены в виде прямоугольныхравнобедренных треугольников, примыкающих катетами к сторонам граней, имеющих форму квадрата, плоскость, ограниченная гипотенузами прямоугольных равнобедренных треугольников, образует седьмую грань многогранника, на которой размещен выходной электрод, на третьей грани многогранника, имеющей форму квадрата, и противоположной ей грани, выполненной в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, размещена пара дополнительных входных электродов, причем вторые электроды двух пар входных электродов размещены на гранях, выполненных в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, противоположных граням, имеющим форму квадрата. вых 4 к 1 цк) (м 2 О)+(к ф) р где О,О,О - соответственно входные напряженияО - суммарное выходноеВыхнапряжение, пропорциональное модулю вектора напряжения;к ,к ,к - соответственно коэф 1 а.фициенты трансформации по входным каналам, определяющиесвязь по напряжениюмежду выходом и каждым из входов.Величины коэффициентов к -к оп 3 ределяются геометрией электродов, отношениями площадей вход,ых и выходного электрода, параметрами материала пьезоэлемента.Размещение на третьей паре граней пьезосумматора дополнительной пары входных электродов позволяет подавать на входные электродытри взаимноперпендикулярных электри 35 ческих сигнала, а размещение выходного электрода на плоскости, проходящей через диагонали трех смежных граней пьезоэлемента, позволяет обес 40 печить равенство коэффициентов трансформации по трем входным каналам, зависящего от соотношения площадей входных и выходных электродов при геометрическом суммировании трех ,входных напряжений в пространстве.45На фиг. 2 представлены экспериментальные кривые амплитудных характеристик сумматора с сечением, проходящим через диагонали трех смежных граней куба.Кривые 6-8 характеризуют работу сумматора при подаче сигнала отдельно на каждый вход. Кривая 9 - при подаче сигнала одновременно на три входа. Здесь же пунктиром показана кривая, построенная на основе расчетных данных. Характеристики предложенного пьезосумматора (см, фиг. 2) 44 4линейны (с неравномерностью не более +0,1 Х) в диапазоне входных напряжений 20-100 В. Таким образом, в предложенном сумматоре значительно расширяется класс решаемых задач, т.е, обеспечивается геометрическое суммирование трех ортогональных напряжений, следовательно, определение модуля вектора напряжения в широком диапазоне частот, Устройство сохраняет высокую точность, стабильность, помехоустойчивость, малые габариты и высокую надежность. Кроме того, оно позволяет подавать на вход большие напряжения (до деся гков кВ) и перекрывать широкий динамический диапазон. При этом минимальное значение входного сигнала составляет величину 1 О В/мм. Создание таких сумматоров позволяет, в частности, разработать трех,координатный измеритель напряженности переменного электрического поля.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. Плужников В.М., Семенов В.С.Пьезокерамические твердые схемы,М., "Энергия", 1971. 8984442. Авторское свидетельство СССРР 413492, кл. 6 06 С 7/14, 1974.3. Авторское свидетельство СССР11 256829, кл. 6 06 С 7/14, 9683 (прототип).898444 О бд С. Белан вес КорректорС,Шекмар ставителхрвд,М. едактор В.Бобк Заказ 11 иал П 1 Ш "Патент , г, Ужгород, ул. Проектная, 4 6 Тираж 731 ВНИИПИ Государственпо делам изобрете 1130 Э 5, Москва, Ж-З ого ний и Ра