Пьезоэлектрический выключатель Советский патент 1981 года по МПК H01L41/08 

Изобретение относится к пьезотех нике в частности к пьезоэлектричес ким, выключателям, и может быть испол зовано в качестве датчика включения: или выключения в электронных схемах автоматики. Известны пьезоэлектрические выклю чатели, основным элементом которых является пьезоэлемент в виде пластины с электродами fl. Под действием приложенной силы пьезоэлемент деформируется и за счет пьезоэффекта на электродах возникает электрический сигнал. I Известен, в частности, пьезоэлектрический выключатель, содержащий преобразователь, выполненный в виде пластины из пьезокеракшческого материгша, снабженной электродами наее противоположных сторонах, плоскости которых перпендикулярны направлению поляризации, и выводами для подключения нагрузки таким образом, что стороной приложения давления явля.ется торцовая поверхность преобразователя 2 . Недостатком известного выключателя является чувствительность преобра зователя к более или менее кратковременно возникающим температурным изменениям; он способен реагировать на изменения температуры окружающей среда точно так же, как и на воздействующие по назначению силы давления. В результате может возникать ложное срабатывание. Кроме того, поскольку пластина преобразователя имеет относительно малую толщину, при чреэмерном или не соответствующем по направлению воздействии, могут возникать неконтролируемые искажения выходного сигнала. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости путем исключения ложного срабатывания при изменений температуры. Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом выключателе, содержащем преобразователь,выполненный в виде пластины из пьезокерамического материала, снабженной электродами На ее противоположных сторонах, плоскости которых перпендикулярны направлению поляризации, и выводами для подключения нагрузки таким образом, что стороной приложения давления является торцовая поверхность преобраэователя, пластина преобразователя поля-, ризована в нижней части, противоположной торцу приложения давления;

ерхняя неполяризованная часть пластиы снабжена дополнительными электродаи, образующими емкость, включенную с резисторами нагрузки в схему запиания высоких частот.

Поляризованная часть пластины с электродами, образующая емкость, включена в схему запирания низких частот .

Пластина преобразователя снабжена элементами жесткости, выполненными в виде слоев из пластмассы, нанесенных на боковые стороны пластины.

На фиг. 1 показан предлагаемый пьезоэлектрический выключатель; на фиг. 2 - преобразователь; на фиг. 3 - электрическая схема включения преобразователя; на фиг. 4 - эквивалентная электрическая схема включения пьезоэлектрического выключателя.

Пьезоэлектрический выключатель (фиг. 1) содержит корпус 1 с опорной плитой 2, внутри которого в элементах крепления 3 и 4 установлен преобразователь, выполненный в виде пьезокерамической пластины 5, снабженной парными электродами 6 и 7. Пьезопластина-оснащена элементами жесткости 8, выполненными в виде слоев из пластмассы на противоположных поверхностях пластины. Выключатель Может крепиться при помощи выступов 9 с выемками 10. Электроды имеют 11, с помощью которых могут соедин Аься с электрической схемой. Направление рабочего воздействия на выключатель показано стрелкой F.

Преобразователь {фиг. 2) выполнен в виде пьеэокерамической пластины 5, имеющей размер, HxExd, где Н - высота, t - ширина, ad- толщина пластины. На пластине размещены электроды б и 7.

В качестве материала пластины может использоваться, например, титанат бария и свинцевотитановый цирконат с добавками, улучшающими пьезоэлектрические свойства.

Пластина 5 поляризована только в зоне электродов 7, благодаря чему образуется активная область преобразователя (на фиг. 2 - размер h).

В зоне электродов 6 пластина не поляризована и образует пассивную област Ь преобразователя. Направление поляризации показано стрелками.

При силе нажима пальцем наиболее благоприятные значения лежат в пределах 3-30 мм, значение ; Н примерно на порядок больше значения d, а размер d предпочтительно менее 0,S мм, причем нижний его предел ограничен технологическими возможностями изготовления керамической пластины.

Пассивная область пластины преобразователя служит теплоизолятором, поэтому тело преобразователя изолировано от быстрых изменений температуры. Благодаря этому термонапряжение нарастает значительно медленее, чем пьезоэлектрическое пое лезное напряжение.

Электронная схема, пригодная для работы с пьезоэлектрическим выключателем (фиг. 3 и 4), содержит резистор 12 который совместно с емкос- тью 13, образованной электродами 7,

составляет фильтр низких частот для закорачивания медленных сигналов, вызванных изменением температуры, а также транзисторы 14 и 15 для усиления полезного сигнала до величины, достаточной для срабатывания

исполнительного устройства 16, например электромеханического реле. Кроме того, схема содержит резистор 17, который совместно с емкостью 18, образованной электродами 6, служит схемой запирания высокочастотных импульсов напряжения, которые могут возникать при сильных сотрясениях выключателя. Высокочастотные импульсы при этом .

5 практически замыкаются на землю, в

то время как полезный сигнал, частота которого зйачительно ниже, беспрепятственно проходят на вход транзистора 14.

« Таким образом, благодаря тому, что пластина пьезопреобразователя, снабженного электродами, поляризована только в нижней части, противоположной торцу, к которому приложено рабочее воздействие, повышается помехоустойчивость пьезокерамического выключателя за счет исключения возможности ложного срабатывания как от изменения температуры, так и от вибраций.

Формула изобретения

1.Пьезоэлектрический выключатель, содержащий преобразователь, выполненный в виде пластины из пьезокерамического материала, снабженной электродами на ее противоположных сторонах, плоскости которых перпендикулярны направлению поляризации, и выводами для

подключения нагрузки таким образом, что .стороной приложения давления является торцовая поверхность преобразователя, отличающийся тем, что,с целью, повышения помехоустойчивости путем исключения ложного

срабатывания при изменении температуры, пластина преобразователя поляризована в нижней части, противоположной торцу приложения давления.

2.Выключатель по п.1,о т л и чающийся тем, что верхняя ,

неполяризованная часть пластины снабжена дополнительными электродами, образующими емкость, включенную с резисторами нагрузки в схему запирания высоких частот.