Емкостный преобразователь напряжения Советский патент 1974 года по МПК H04R17/00 H01L41/04 

1

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 иьезоэлементов изгибных по грани пьезопластин колебаний ограничен сверху величиной 40 кгп).

Узкая полоса пропускания пьезоэлементов изгибных по грани колебаний ограничивает сверху диапазон частот преобразуемого сигнала (диапазоп не превышает 0,75% от значения рабочей частоты пьезоэлемента,. т. е. для наиболее широкополосных современных ньезокерамических материалов при максимально возможной частоте выходного сигнала 40 КГЦ составляет не более 300 гц).

Кроме того, в таком преобразователе низка эффектнвность пьезопривода, обусловленная,с одной стороны, низкой пьезоактивностью элементов изгибных по грани колебаний, с другой, - тем, что сегнетокондеисатор акустически связан лишь с одной поверхностью пьезоэлемента - привода, в силу чего для модуляции емкости используется лишь часть механической энергии, вырабатываемой пьезоприводом.

Целью изобретения является повышение рабочих частот выходного сигнала, расширение допустимого частотного диапазона преобразуемого сигнала и повышение коэффициента

преобразования.

Это достигается за счет того, что сегнетоконденсатор, выполненный в виде сегнетоэлектрического параллелепипеда с нанесенными на две его противоположные грани электродами,

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

и выполняющих роль управляющего емкостью сегнетоконденсатора пьезопривода, а также обеспечивающих реализацию режима термо автостабилизации сегнетоконденсатора.

На чертеже показаны две проекции емкостного преобразователя напряжения. Ьмкостной преобразователь напряжения представляет собой сегнетоконденсатор, реализованный в виде сегнетоэлектрического параллелепипеда 1, акустически связанный с двумя пьезоэлементами, представляющими собой заполяризованные пьезокерамические 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 напрялсения, 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 диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика, а следовательно, емкости сегнетоконденсатора с частотой, в два раза больщей резонансной частоты. В результате при подключении преобразуемого или измеряемого напряжения к электродам 4 и 4 в цепи сегнетоконденсатора (т. е. на выходе преобразователя) наблюдается модулированный по амплитуде электрический сигнал, несущая частота которого соответствует удвоенной резонансной частоте конструкции. Такое выполнение емкостного преобразователя напряжения обеспечивает повышение диапазона рабочих частот выходного сигнала до сотен килогерц, расширение диапазона частот преобразуемого или измеряемого сигнала до единиц килогерц, увеличивает коэффициент преобразования устройства. Кроме того, использование в качестве пьезопривода пьезоэлементов продольных по длине колебаний существенно упрощает крепление устройства. Оно осуществляется по одной или нескольким узловым линиям, расположенным перпендикулярно к длине конструкции и проходящим через ее центр и точки, отстоящие от концов на расстоянии четверти длины преобразователя. Предмет изобретения Емкостной преобразователь напряжения, содержащий сегнетоконденсатор и акустически связанный с ним пьезопривод, отличающийся тем, что, с целью повышения рабочих частот выходного сигнала, расширения частотного диапазона преобразуемого или измеряемого сигнала, повышения коэффициента преобразования, его пьезопривод выполнен в виде двух пьезоэлементов, которые акустически связаны с противоположными гранями сегнетоэлектрика и возбуждаются синфазнона частоте продольного резонанса конструкции.

- -