Электромеханический преобразователь Советский патент 1985 года по МПК F15B3/00 

« Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах гидроавтоматики. Цель изобретения - повышение точности электромеханическог преобразователя, На фиг.1 показана структурная схема электромеханического преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема электронного ключа} на фиг.3 диаграммы напряжения на управляющих элементах электронного ключа. Электромеханический преобразователь содержит И-разрядный пьезокерамический пакет 1, в котором каждьй разряд (секция) Д,,...,5 подкл чен к своему электронному ключу 2, и источники (блоки) 3 и 4 питания. Каждый электронньй ключ содержит выход 5, два коммутируемых, входа 6 и 7 и один управляющий вход 8. Вы ходы 5 электронных ключей 2 соединены с соответствующими входами (по разрядно) с входами пьезокерамического пакета 1, управляющие входы 8 всех электронных ключей 2 соединены порязрядно с входными клеммами Х,,,,,,Х пневмомеханического преобразователя, коммутируемые входы 6 электронных ключей 2 соединены с выходом блока 3 питания, а коммути-г руемые входы 7 электронных ключей 2 соединены с выходом блока 4 питания Каждый электронньй ключ (фиг.2) содержит схемы 9 и 10 совпадения, инвертор 11, два оптрона 12 и 13, два транзистора 14 и 15, два дифференцирующих звена 16 и 17 и шесть резисторов 18-23. Кроме того, обозн чены входная клемма 24 электромеханического преобразователя, вход 25 пьезокерамического пакета 1, соединенньй с рассматриваемым электронным ключом, а также земля 26. Электромеханический преобразователь работает следующим образом. Работа электромеханического преобразователя основана на том, что каждьй разряд пьезе керамического пак та может находиться в одном из двух возможных состояний. Переход из одного состояния в другое осуществляе ся электронными ключами 2 (фиг.1) по командам, поступающим на входные клеммы X.,...,Xf,- в виде наличия ил отсутствия логических уровней. При подаче логической 1 один из элек02тронных ключей 2 соединяет положительный блок 3 питания с соответству-л ющим разрядом пьезокерамического пакета 1. В результате пьёзокерамический пакет удлиняется, и величина этого удлинения является выходным сигнаj OM электромеханического преобразователя. Так как перемещение отдельных секций пьезокерамического пакета 1 соответствует весам двоичных разрядов входного сигнала, то включение определенной комбинации единичных сигналов на входных клеммах X,..., приводит к тому, что длина пьезокерамического пакета соответствует поданной двоичной комбинации. При отсутствии логической 1 на каком-либо электронном ключе 2 соответствующая секция пьезокерамического пакета соединяется с отрицательным блоком 4 питания. При подаче напряжения от этого блока секция укорачивается и принимает второе из возможных состояний. Работу каждого электронного ключа 2 для наглядности рассмотрим при управлении сигналами одинаковых по длительности логических уровней, хотя они в принципе могут быть любой длительности. При поступлении логической 1 (фиг.З кривая 1, момент времени i) на первьй вход первой схемы совпадения, а также инвертированного Ug с помощью инвертора 11 и продифференцированного (1ц с помощью дифференциального звена 16 сигнала на второй вход первой схемы 9 совпадения, на ее выходе формируется Инвертированньй сигнал с задержанным передним фронтом U , которьй подается на вход оптрона 12 (фиг.З (Jj в интервале времени t, - , ), При этом на пьезоэлектрический пакет 1 подается напряжение с блока 3 питания положительной полярности . В этом же интервале времени i на первьй вход второй схемы 10 совпадения подается инвертированный логический сигнал Uj 3. на ее второй вход - продифференцированньй сигнал и. На выходе второй схемы 10 совпадения логическая 1 ll через резистор 21 включает оптрон 13. Транзистор 15 запирается второй, тем самым отключая блок 4 питания отрицательной полярности. При смене логического уровня управляющего воздействия в интарва5 ле ti t через первую схему 9 совпадения и первый оптрон 12 запи рвется первый транзистор 14, отключая пьезокерамический пакет 1 от блока 3 питания положительной полярности, а через время Ъ , равное постоянной дифференцирования, второй схемой 10 совпадения выключается второй оптрон 13, и второй транзистор 15 отпирается током, протекающим через резистор 19, тем самым пйдключая блок 4 питания отрицательной полярности к пьезокерамическому пакету 1.

Подключение секций пьезокерамического пакета к блокам питания происходит с такой последовательностью, что после отключения раньше включенного транзистора следует пауза, равная постоянной дифференцирования 1/д,цл, и только после этого подключается другой блок питания. Таким .образом схема защищена от сквозных токов и короткого

99980

замыкания источников питания, что повышает надежность и долговечность устройства в целом.

5 Применение оптронов позволяет гальванически разделить управляющую и силовую части устройства, что исключает необходимость применения дорогих и трудоемких для изготовления трансформаторов и неблагоприятных режимов работы с переменным напряжением. Выполнение устройства с двумя блоками питания положительной и отрицательной полярности позволяет выбрать несимметричные рабочие напряжения, при которых достигаются максимально возможные деформации пьезокер амического материала без его деполяризации. Следовательно,

20 одновременно повьшается точность

работы устройства, достигается экономия пьезокерамического материала и увеличивается надежность и долговечность работы устройства.

«Ч «

1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий П -разрядный пьезокерамический пакет и первый блок питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в работе, он содержит второй блок питания и Н электронных ключей с одним выходом, двумя коммутируемыми и одним управляющим входами, в каждом выходы электронных ключей соединены с входами разрядов пьезокерамического пакета, управля, ющие входы всех ключей соединены с входными клеммами электромеханического преобразователя,первые коммутируемые входы электронных ключей соедине:1ы с выходом первого блока питания,а вторые коммутируемые входы электронных ключей -с выходом второго блока питания. 2. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что каждый .электронньй ключ содержит две схемы совпадения, инвертор, два оптрона, два транзистора, два дифференцирующих звена и шесть резисторов, первый вход первой схемы совпадения и входы инвертора соединены с управляющим входом с входной клеммы соответствующего разряда электромеханического преобразователя, второй вход первой схемы совпадения через первое дифференцирующее звено /соединен с. перв.ым входом второй схемы совпадения и выходом инвертора, второй вход второй схемы совпадения через второе дифференцирующее звено соединен с входами инвертора, выход первой схемы совпадения через первый резистор соединен с первым управляющим входом первого оптрона, выход второй схемы совпадения через второй резистор соединен с первым управляющим входом второго оптрона, коллекторный выход первого оптрона через третий резистор, а коллекторный выход второго оптрона через четвертый резистор соединен с коллекторным выходом первого транзистора и через пятый транзистор - с первыми коммутируемыми входами с плюсовой клеммы первого источника, коллекторньй выход первого оптрона соединен с переходом „ база-коллектор первого транзистора, СО а коллекторный выход второго оптрона со со соединен с переходом база-коллектор второго транзистора, эмиттеры перво00 го оптрона и первого транзистора соединены с коллекторным выходом второго транзистора и с выходом на соответствующий разряд