Site Loader

Содержание

Резонатор пьезокерамический — Энциклопедия по машиностроению XXL

Для стабильных пьезокерамических материалов, используемых при изготовлении резонаторов фильтров, решающим фактором является временная и температурная стабильность частоты.  [c.311]

На сегодняшний день однонаправленный кольцевой ФРК-лазер (рис. 4.4) экспериментально исследован и использован в ряде работ [2, 6, 8—11]. В качестве среды с чисто нелокальным откликом обычно использовался кристалл титаната бария, а накачка производилась одночастотным излучением Аг» -лазера (X = 514,5 нм) с интенсивностью свыше 1 Вт/см , что обеспечивало выполнение условия (4.4). Так, в [11] кольцевой резонатор был образован тремя плоскими глухими зеркалами 3i, пьезокерамическим ЗП и выходным З2 R = 0,81). Длина резонатора L = = 50 см) адиабатически изменялась смещением зеркала ЗП пьезокерамикой (на X за (2-4) -10 с при т = 0,5 с). Юстировка резонаторов осуществлялась вспомогательным пучком лазера накачки через З2 с помощью разделительной пластины РПг- Мощность излучения ФРК-лазера измерялась фото приемником ФП , а ФП , ФПз служили для определения 6 методом биений выходного пучка с пучком накачки.

[c.132]


В русском издании более подробно представлены разделы о пьезоэлектрических материалах, а также о новых типах кристаллических и пьезокерамических резонаторов.  [c.7]

Ввиду того что в последнее время наметилась тенденция к интенсивному использованию пьезокерамических резонаторов для стабилизации частоты генераторов, применяемых в устройствах измерения времени, а также в ЭВМ, изучим более подробно процесс старения таких резонаторов. На рис. 4.19 показаны результаты измерения старения пьезокерамических резонаторов в форме дисков диаметром 12,5 мм и толщиной 1 мм, выполненных из материала РЬ(2го, 9 Т1о,з9 Мпо,ог)Оз с поляризацией в направлении толщины. На одной и той же пластине измерялось в зависимости от времени, во-первых, изменение резонансной частоты (-200 кГц) для колебаний радиального типа, во-вторых, резонансной частоты (-2,5 МГц) для продольных колебаний по толщине. Старение примерно описывалось вы-  

[c.153]

Пьезокерамические резонаторы уже много лет используются при создании частотных фильтров в диапазоне частот 50 — 500 кГц. В последние «оды появились пьезокерамические резонаторы, предназначенные для диа-  

[c.211]

Пьезоэлектрический резонатор в форме узкой пластины с колебаниями растяжения — сжатия по ширине, работающий в условиях захвата энергии в области расположения электродов, был впервые описан в работе [150]. Захват энергии в этом случае выражается в появлении дополнительных комплексных ветвей у дисперсионных кривых в окрестности экстремальных точек. В работе [150] приведено теоретическое решение проблемы, а также результаты измерений, полученные при использовании пьезокерамических полосковых резонаторов.  [c.228]

В работе [151] было указано на возможность использования пьезоэлектрических резонаторов с колебаниями растяжения — сжатия по ширине в условиях захвата энергии при создании монолитных фильтров в диапазоне частот от 200 до 500 кГц. Рассмотрим решение этой задачи на примере пьезокерамического резонатора в форме тонкой узкой полосы, ориентированной в прямоугольной системе координат согласно рис.

5.55, а и поляризованной в направлении толщины (оси А»з). Пусть электроды, нанесенные лишь на центральную часть резонатора, имеют длину /, и ширину Ь, причем ширина электродов соответствует ширине полосы. Синусоидальное переменное напряжение, подведенное к электродам, возбудит в плоскости по-  [c.228]


Учитывая, что относительная ширина полосы пропускания полосового фильтра, выполненного по лестничной схеме, значительно меньше отношения емкостей i/2 pi, эта схема при использовании кристаллических резонаторов применяется редко. Напротив, в случае пьезокерамических резонаторов, в которых вышеприведенное отношение емкостей примерно в десять раз выше, чем в кварцевых резонаторах, указанная схема широко распространена [155].  [c.239]

Генераторы, снабженные пьезокерамическими резонаторами, использу-  [c.254]

Полученные данные об особенностях форм колебаний диска в окрестности частоты толш нного резонанса могут стать основой для выбора формы электродов на плоских поверхностях пьезокерамического резонатора с целью повышения эффективности электромеханического преобразования.

При этом, однако, возникают не только чисто вычислительные трудности, но и трудности, связанные с выбором материалов и технической реализации соответствующих устройств [133, 262].  [c.226]

Мгц при А. = 3,39 мк), средняя выходная мощность лазера-источника будет медленно меняться во времени по мере того, как из-за тепловых изменений будет меняться длина резонатора. Для обеспечения выбранной монхности излучения длину резонатора лазера-источника можно регулировать при помощи пьезокерамического элемента настройки [37]. Поскольку усиление в лазере-источнике велико, ширина его линии излучения будет меньше 340 Мгц.  

[c.398]

Список работ по теории захвата энергии в пьезокерамических материалах с большим коэффициентом электромеханической связи весьма невелик [I], причем сами работы носят чисто теоретический характер и практически не дают рекомендаций по прикладным вопросам создания резонаторов такого типа. Во всех этих работах рассматрива-егсн только толщинно-крутильная (ТТ) мода колебаний сдвига по толщине, причем в работе [2] частоты среза ТТ-колебаний пластины получены при упрощающем допущении, справедливость которого не очевидна для пьезокерамических материалов с очень большим коэффициентом электромеханической связи, например для ЦТС-300 с К 5=0,71.

Ори создании резонаторов из таких пьезокерамических материалов необходимо использование строгой математической модели эффекта захвата энергии колебаний сдвига по толщине с учетом в общем случае как массового нагружения, так и пьезоэлектрического взаимодействия. Разработке такой модели и посвящена настоящая статья.  [c.87]

Ненагруженный пьезоэлектрический резонатор имеет большое значение не только как инструмент для исследования физических свойств пьезоэлектрических материалов, ио и как элемент электрических схем, который используется в частотно-селективных цепях и в цепях, управляющих частотой. Эквивалентную схему такого резонатора можно получить, замыкая накоротко все пары механических клемм (т. е. полагая / 1 = О, / 2 = О и т. д.) и проводя соответствующие тригонометрические преобразования. Ненагруженный пьезоэлектрический резонатор является двухполюсником обычно он используется в ограниченной области частот вблизи одного из его резонансов, и поэтому его можно представить эквивалентной схемой с сосредоточенными постояиными, подобной той, которая получается при закорачивании механических клемм в эквивалентной схеме, показанной на фиг.

60. Использование в двухполюснике электромеханического трансформатора не дает каких-либо преимуществ, поэтому после пересчета механических элементов 1 и С1 на электрическую сторону его можно исключить. В рассматриваемом случае пьезокерамического стержня, совершающего продольные колебания по длине, с электродами, нанесенными на боковые поверхности, после пересчета эти элементы записываются следующим образом  
[c.294]

Пьезокерамические элементы за счет пьезоэффекта начинают иряться и сжиматься в такт с частотой подаваемого от генератора фического сигнала. Окружающие с двух сторон пьезокерамические енты металлические резонаторы позволяют выделить и усилить нические колебания заданной частоты (22 кГц). Резонатор, итоженный со стороны рабочей поверхности вьшолнен в виде  

[c.71]

Рис. 5.44. Измеренная ТЧХ полосковых пьезокерамических резонаторов частотой 3,58 МГЦ фирмы Мига1а.

Одной из первых упругосвязанных многорезонаторных структур на основе пьезоэлектрических элементов является электромеханический полосковый фильтр, предназначенный для частот изгибными колебаниями и элементов связи с крутильными колебаниями. В качестве входного и выходного преобразователей использованы пьезокера-мнческие пластины. Хотя данное решение не нашло на практике широкого применения, тем не менее оно послужило стимулом к разработке и производству частотных фильтров с металлическими резонаторами в форме цилиндров или дисков и с пьезокерамическими преобразователями на входе и выходе. Кроме того, оно оказало определенное влияние на создание чи-
[c.213]

Кварцевый резонатор.Где применяется,как его проверить | Электронные схемы

кварцевые резонаторы

кварцевые резонаторы

На платах различной электроники,можно встретить радиодеталь под названием кварцевый резонатор.У детали два вывода а на корпусе указана частота,на которой резонатор будет резонировать.Внутри детали есть кварцевая пластинка с металлическим покрытием,при приложении к детали переменного напряжения с частотой резонанса кварца,пластинка начнет совершать механические колебания.Колебания пластинки настолько стабильны,что во много раз превышают стабильность колебаний колебательного контура. Поэтому резонаторы вытеснили колебательный контур из схем генераторов сигнала.Работают кварцевые резонаторы в генераторах сигнала,также их применяют в фильтрах.

внутри резонатора кварцевая пластинка с металлическим покрытием

внутри резонатора кварцевая пластинка с металлическим покрытием

Резонаторы нашли широкое применение в цифровой технике,они задают частоту в тактовых генераторах.Эти генераторы являются «сердцем» процессора или микроконтроллера,от стабильного сигнала генератора работают различные узлы процессора.

кварцевый резонатор в тактовом генераторе компьютера

кварцевый резонатор в тактовом генераторе компьютера

Кварцевые часы называются так из-за наличия в них кварцевого резонатора,это небольшая цилиндрическая деталь на плате часов.Благодаря чему,точность хода таких часов намного лучше,нежели чем у механических.Также резонаторы применяют в передающей и радиоприемной аппаратуре и др.

точность хода кварцевых часов зависит от кварцевого резонатора

точность хода кварцевых часов зависит от кварцевого резонатора

Кварцевый резонатор можно проверить по простой схеме генератора на одном транзисторе. К эмиттеру транзистора подключают частотомер или осциллограф,можно приемником принять сигнал на частоте кварца.Проверял схему на кварцах до 26 МГц.

схема для проверки кварцевых резонаторов

схема для проверки кварцевых резонаторов

Но есть одна интересная деталь,не все резонаторы резонируют на той частоте,которая указана на корпусе.При подключении к генератору кварца на частоту 26.25 МГц,на выходе генератора будет сигнал,частота которого равняется третьей гармоникой резонатора,примерно 8.77 МГц.Такие кварцы называют гармониковыми,также есть кварцы для фильтра,их называют фильтровые резонаторы.Есть кварцы генераторные и все они отличаются друг от друга по параметрам,такими как наличие паразитных резонансов,стабильностью и др,вообщем надо смотреть документацию на детали.

частота гармоникового кварца меньше в три раза той частоты что указана на корпусе

частота гармоникового кварца меньше в три раза той частоты что указана на корпусе

Кварцевый резонатор является аналогом колебательного контура,это можно увидеть по эквивалентной электрической схеме резонатора.

эквивалентная схема кварцевого резонатора

эквивалентная схема кварцевого резонатора

Если это так,тогда вместо кварца можно применить колебательный контур.Контур подключил к базе транзистора через конденсатор 2200 пФ.На выходе генератора синусоида,частоту которой можно изменять переменным конденсатором.В этом плюс колебательного контура,а минус заключается в том,что частота такого генератора будет уходить со временем,это зависит от температуры,влажности,намотки и материала провода и еще других условий,то есть частота генератора будет не стабильной.Совсем другое дело с кварцем,но его частоту перестраивать нельзя.

кварц можно заменить колебательным контуром,но это будет не стабильно

кварц можно заменить колебательным контуром,но это будет не стабильно

Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы и их применение в датчиках

Пьезоэлектрический резонатор представляет собой электромеханическую систему, в которой используется явление прямого и обратного пьезоэффекта, которая обычно выполнена в виде двухполюсника, объединяющего системы электрического возбуждения механических колебаний и съема электрического сигнала, пропорционально их амплитуде. В виду целого ряда свойств одним из самых распространенных пьезоэлектриков, применяемых в пьезоэлектрических резонаторах, является пьезокварц. Кварцевые резонаторы имеют высокую добротность 10

7 и более, кратковременную и долговременную стабильность 104 до 107 , практически отсутствует гистерезис при механических, температурных и электрических воздействиях.

В виду бурного развития радиоэлектронной промышленности в последние десятилетия кварцевые резонаторы нашли широкое применение в генераторах стабильной частоты.

 Опорные кварцевые резонаторы на стандартные частоты от 32 кГц до 12 МГц выпускаются несколькими предприятиями, в том числе и ООО «СКТБ ЭлПА» (г. Углич), но в последнее время спросом стали пользоваться миниатюрные опорные резонаторы. ООО «СКТБ ЭлПА» освоено производство миниатюрных:

  • камертонных кварцевых резонаторов на частоты от 32 до 320 кГц в корпусах Ø1,5х5 и Ø2х6 мм.;
  • полосковых резонаторов на частоты от 3,5 до 12 МГц в корпусе Ø3х10, с характеристиками не уступающим зарубежным аналогам см. рис. 1.

Рис. 1

 Миниатюрные кварцевые резонаторы изготавливаются не только механической обработкой, но и групповым методом фотолитографии, который позволяет получить кварцевые детали сложной формы, включая мезаструктуры с воспроизводимостью размеров до 1 мкм.
 СКТБ разработаны и изготовлены опытные образцы микроминиатюрного опорного резонатора для поверхностного монтажа на частоту 256 кГц, в кварцевом корпусе 3,3(4,3)х1,7х0,65(0,4) мм. Есть возможность изготавливать такие резонаторы на диапазон частот от 32 до 256 кГц.
 Развитие современной цифровой электроники сделало более доступным применение датчиков с частотным или кодовым выходом для создания измерительных систем управления технологическими процессами, контроля параметров окружающей среды, создания образцовых средств измерений. На основе кварцевых резонаторов различных срезов СКТБ выпускаются прецизионные резонаторы-датчики температуры, давления, усилия, ускорения.
Чувствительным элементом датчика температуры является камертонный кварцевый резонатор термочувствительного среза, который помещен в корпус размером Ø2х6 мм. Данная конструкция имеет малые габаритные размеры и малую постоянную времени тепловой инерции (до 5 секунд). Также есть варианты датчиков температуры в том же корпусе, но с еще меньшей постоянной времени, что достигается заполнением внутри-корпусного пространства инертными газами. Характеристики термочувствительных резонаторов приведены в таблице 1. 


Характеристика

Тип резонатора

РКТ206

РКТВ206

Номинальная частота, кГц

32 .. 39

32 .. 39

Чувствительность, Гц/ºС

1,9

2

Динамическое сопротивление, при температуре 25 ºС, кОм

<75

<70

Интервал рабочих температур, ºС

-55 . . +100

-55 .. +370

Градуировочная  характеристика   резонаторов  описывается  полиномом  второй   или третьей степени (погрешность аппроксимации в среднем – сотые доли градуса).

 fT = f0 + A1(TT -T0)+ A2(TT -T0)2

 Особенностью конструкции высокотемпературных кварцевых резонаторов РКТВ является применение в заделке высокотемпературного припоя и легкоплавкого стекла, что обеспечивает высокую предельную температуру и стабильность. В настоящее время ведется разработка высокотемпературных термочувствительных резонаторов с верхним пределом температуры выше +500 °С, на основе галлосиликата лантана.

 

 

AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDetect languageDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish⇄AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish

Detect language » English

 

 ООО «СКТБ ЭлПА» выпускаются прецизионные манометрические кварцевые резонаторы абсолютного и избыточного давления РКМА-Р и БРКМ-Р, в которых применяются кварцевые силочувствительные резонаторы, представляющие из себя сдвоенный камертон ПС 27-40, полученный методом фотолитографии.

 Особенностью конструкции является то, что силочувствительный резонатор крепится легкоплавким стеклом на кварцевую мембрану того же среза, что обеспечивает высокую прочность в широком диапазоне измеряемых давлений, малый воспроизводимый уход частоты в рабочем температурном диапазоне, малый гистерезис барочастотной характеристики (БЧХ), малый уход ноля, высокую разрешающую способность.

 Основные технические характеристики РКМА и БРКМ представлены в таблице 2.

 


Характеристика

Тип резонатора

РКМА-Р

БРКМ-Р

Номинальная частота, кГц

30 . . 45

30 .. 45

Интервал рабочих давлений, МПа

7х105 .. 100

0.1 .. 25

Чувствительность, Гц/МПа

20000 .. 42

5500 .. 58

Гистерезис БЧХ, %

<+0.02

<+0.02

Интервал рабочих температур, 0С

-55 .. +80

-55 .. +80

Функциональная температурная погрешность, в диапазоне рабочих температур, %

<±1

<±1

Изменение частоты в год, % (уход ноля)

<+0. 02

<+0.02

Динамическое сопротивление, кОм

<200

<200

Градуировочная  характеристика   резонаторов   описывается   полиномом  второй   или третьей степени (погрешность аппроксимации не более 0.05% и 0.02% соответственно).

f(р) = A0 + A1 P + A2 P2

 Для компенсации температурной погрешности температурно-частотная характеристика описывается так же полиномом второй или третьей степени (см. пример рис. 2).

fp(t) = f0 + A1(TT-T0 )+ A2(TT-T0 )2

 

 

рис. 2

 

 Манометрические резонаторы выпускаются с верхним пределом измерений абсолютного давления в соответствии с рядом: 0,1; 0,2; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 100,0 МПа. Допускается кратковременная перегрузка давлением в 130% от верхнего предела измерения, в настоящее время ведутся испытания новых конструкций РКМА, позволяющих выдержать кратковременную перегрузку в несколько сотен %. 

 Габаритные размеры стандартного РКМА 25х23х(3 .. 8) мм., но есть малогабаритное исполнение РКМА в корпусе 12х11х1, который имеет меньшую чувствительность и чуть большее динамическое сопротивление. Манометрические кварцевые резонаторы имеют несколько исполнений: дополнительная крышка, для температурной развязки; дополнительная крышка со штуцером, делает возможным подачу измеряемого давления через штуцер (до 0,2МПа) или подачу атмосферного давления при измерении избыточных давлений.

 Благодаря своим высоким метрологическим характеристикам по сравнению с датчиками давления на полупроводниковых чувствительных элементах и относительно небольшой цене, манометрические кварцевые резонаторы находят применение в высокоточных приборах. На основе кварцевых манометрических резонаторов РКМА-Р и температурных резонаторов РКТ206 и РКТВ206 нашими партнерами выпускаются преобразователи давления с компенсированной температурной погрешностью класса точности 0,1%; 0,06% и 0,03%. Мы так же разрабатываем и выпускаем ряд преобразователей температуры, давления и температуры, планируется выпуск преобразователя влажности и температуры. 

 Манометрические резонаторы могут найти широкое применение в цифровых приборах измеряющих: давление; скорость; расход; массу; уровень и др.

 Нельзя обойти вниманием высокочастотный силочувствительный элемент ЭПКВ-10М, который нашел массовое применение в силочувствительных балках весов. Достоинствами этого элемента является его высокая стабильность, чувствительность 3,5 Гц/г, низкое сопротивление <30 Ом на воздухе, низкая цена.

  Потребность в датчиках с частотным выходом постоянно растет, этому способствует постоянно расширяющиеся области их применения, высокие метрологические характеристики, рентабельность их серийного производства. Используя многолетний опыт производства кварцевых резонаторов и датчиков на их основе, предприятие ООО «СКТБ ЭлПА» постоянно совершенствует имеющиеся резонаторы и датчики, а так же разрабатывает новые конструкции.


Авторы: Поляков А.В., Заднепрянный И.Е., Поляков В.Б. 

Пьезоэлектрические керамические резонаторы | СпрингерЛинк

‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени голова.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[]. slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») переменная форма = подписка.querySelector(«.форма-вариант-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle. setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма.скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array. from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction. replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document. body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var узкаяBuyboxArea = покупная коробка.смещениеШирина -1 ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option. querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (allOptionsInitiallyCollapsed || узкаяBuyboxArea && индекс > 0) { переключать.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } еще { переключить.щелчок() } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Влияние размера электрода на резонансный спектр пьезокерамического резонатора PZT

[1] Дж. Х. Чо, Ю.Х. Ли, Б.Ю. Чой, М.П. Чун и Б.И. Ким: J. исследований в области обработки керамики, том. 9 (2008), стр. 71.

[2] А. Аудо, Т.Киттака, Т. Окада, Ю. Сакабе и К. Вакино: Сегнетоэлектрики Том. 112 (1990), стр. 141.

[3] П. Лунде и М. Вестрейм: Proc.IEEE Proc. Ультрасон. Симп. (1994), стр.1005.

[4] М. Бриссо: IEEE Trans. Ультрасон. Ферроэлектри. Частота Контроль Том. 38 (1991), с.603.

[5] Х. Кайда и Дж. Иноуэ: Jpn. Дж. Заявл. физ. Том. 40 (2001), стр. 3680.

[6] Д. С. Мозли: J. Acoust. соц. Являюсь. Том. 32 (1960), стр. 991.

[7] И. Шнабель: IEEE Trans. Соникс Ультрасон. Том. 61 (1978), стр. 422.

[8] Стандарт IEEE по пьезоэлектричеству, ANSI-IEE E Std. 176, (1987).

[9] Дж. ван Рандераат и Р.Э. Сеттерингтон: Пьезоэлектрическая керамика, глава 5, Mullard Limited (1974).

[10] В. Шокли, Д.Р.Карран и Д.Дж. Коневал: Учеб. 17-го анн. Симп. Частота Контроль. (1963), стр.88.

[11] М. Оноэ и Х. Джумондзи: Электроника и связь в Японии, том.48 (1965), стр. 84.

Аббревиатура / Полная информация.

— Allie: Аббревиатура / Подробная информация.

■ Поиск сокращений и полных форм


Что такое Элли?

Allie — это служба поиска сокращений и полных форм, используемых в науках о жизни. Это дает решение проблемы, связанной с тем, что в литературе используется множество сокращений, часто встречаются многозначные или синонимичные аббревиатуры, затрудняет чтение и понимание научных статей, не имеющих отношения к опыту читателя.Элли ищет аббревиатуры и соответствующие им полные формы в названиях и аннотациях во всей PubMed®, базе данных Национальной медицинской библиотеки США. PubMed хранит более 30 миллионов библиографических данных по наукам о жизни и подходит для извлечения аббревиатур, характерных для предметной области, и их полных форм, встречающихся в актуальной литературе.

Что пользователи могут делать с помощью Allie?
  • Пользователи могут искать длинные формы сокращений или сокращения полных форм.
  • Можно получить библиографические данные, включающие запрашиваемую аббревиатуру или полную форму в названиях или рефератах.
  • Пользователи также могут получать совпадающие сокращения в заголовках и аннотациях.
  • Доступны интерфейсы SPARQL/REST/SOAP, которые позволяют пользователям вызывать Allie из своих сценариев, программ и т. д.
Видеоруководство

Вы можете изучить Элли здесь (видеоурок).

Связанная публикация

Пожалуйста, обратитесь к следующей публикации:
Y.Ямамото, А. Ямагути, Х. Боно и Т. Такаги, «Элли: база данных и служба поиска сокращений и полных форм», База данных, 2011: bar03.
Вход в PubMed | Доступен полный текст документа

Элли использует ALICE для извлечения пар аббревиатур и полных форм вместе с идентификатором PubMed из данных PubMed. Подробности этого инструмента описаны в следующей публикации:
H. Ao and T. Takagi, «ALICE: алгоритм извлечения сокращений из MEDLINE.», J Am Med Inform Assoc., 2005 г., сентябрь-октябрь; 12(5) : 576-86.
Вход в PubMed | Доступен полный текст статьи

Обновление

Последнее обновление индекса: 1 марта 2022 г. (ежемесячное обновление)

Скачать

Вы можете загрузить и использовать базу данных, используемую для Allie (еженедельное обновление), в соответствии с условиями использования. [скачать сайт]


[РЕЗУЛЬТАТЫ]
Запрос (сокращение/длинная форма) пр / пьезокерамика+резонатор
Сокращение/длинная форма Поиск информации не найдено.

Пожалуйста, обращайтесь сюда, если у вас есть какие-либо вопросы или предложения.


Пьезоэлектрические резонаторы со свободными планарными модами, использующие фононный кристалл с отверстиями

Пьезокерамические резонаторы являются основным компонентом большинства ультразвуковых преобразователей, и профиль их механических колебаний на резонансной частоте представляет собой важную проблему во многих приложениях. Размеры и форма пьезокерамического резонатора определяют профиль вибрации на определенной частоте за счет связи контурных волн.В случае диска, поляризованного в направлении толщины, плоская волна, бегущая по толщине, и волна, исходящая от цилиндрической границы, являются двумя связанными волновыми полями. Отношение толщины к диаметру определяет резонансные частоты и профиль вибрации. Таким образом, если требуется поршневая вибрационная поверхность либо для характеризации пьезоэлектрического материала, либо для проектирования ультразвукового преобразователя, поперечные размеры резонатора должны быть во много раз меньше или больше его толщины [1]. Это относится к преобразователям, используемым в мощном ультразвуке, где необходимо использовать высокую цилиндрическую форму, работающую на первой и самой низкой продольной моде, чтобы избежать связи с резонансами, связанными с цилиндрической формой. Когда плоские связаны с модой толщины, создается неплоская поверхность излучения вибрации, что приводит к неэффективному преобразователю с точки зрения излучения вибрации или ультразвукового поля. Следовательно, фильтрация или подавление мод планарного резонанса является важным вопросом во многих приложениях.Хотя, как уже упоминалось, это можно сделать путем адекватного управления геометрией резонаторов, было бы желательно найти способ добиться этого независимо от геометрии и размеров резонатора. Пьезокомпозитные конструкции предлагались с 80-х годов для решения этой проблемы, а также других вопросов, связанных с эффективностью трансдукции в водоподобные среды [2]. Наиболее удачной пьезокомпозитной конструкцией является плашка пьезокерамического резонатора по его толщине, образующая квадратный рисунок с канавками, заполненными полимером. Контролируя ширину и шаг игральных костей, боковые резонансы в плоском направлении сильно ослабляются, и поверхность вибрирует синфазно. Кроме того, пьезокомпозиты треугольной формы были разработаны для одномодальной работы [3]. Пьезокомпозиты являются лучшим вариантом для приложений ультразвуковой визуализации, где требуется низкая акустическая мощность и большая полоса частот, но они не подходят для ультразвуковой высокой мощности в узком диапазоне частот, что представляет наш основной интерес в этой работе. Действительно, отклонение от геометрического условия, при котором расстояние между стержнями составляет половину длины волны, является основным требованием к конструкции пьезокомпозитов.Это прямо противоположно существующему подходу, где требуется строгое условие Брэгга. Следовательно, мы показываем, что, используя принципы фононного кристалла, радиальные моды пьезокерамического резонатора могут быть остановлены независимо от его поперечной формы, создавая на определенной частоте резонатор с регулярной и синфазной вибрационной поверхностью, способной доставлять высокая упругая и акустическая интенсивность.

Фотонные и фононные материалы представляют собой композиционные материалы, состоящие из периодических распределений встроенных включений, и название фононного материала или фононного кристалла используется для обозначения материалов для управления фононами, звуком и другими механическими волнами.Исследования фононных материалов активны и вызывают большой интерес, так как в последнее время были разработаны новые материалы, способные с высокой точностью манипулировать звуковыми и упругими волнами (см. [4] и ссылки в ней). Фононные материалы препятствуют распространению волн в определенных частотных диапазонах, используя фундаментальные свойства волн, такие как рассеяние и интерференция, что может привести к образованию запрещенных зон, то есть диапазона частот, в котором волны не могут распространяться через структура.Основная идея состоит в том, чтобы изменить закон дисперсии радиальных волн, создав периодический массив отверстий в пьезоэлектрическом резонаторе, через который не могут распространяться радиальные волны. Теорема Флоке-Блоха является стандартным инструментом теории формирования запрещенных зон периодическим массивом, а распространение звуковых и упругих волн в фононных кристаллах широко изучалось как экспериментально, так и теоретически [5], [6], [7]. ], [8], [9]. В случае пьезоэлектрического материала, описанного здесь, теория сталкивается с проблемой, заключающейся в том, что параметры упругости материала изменяются по мере распространения волны.По этой причине свойства предложенных фононных кристаллов сами по себе выходят за рамки целей данной работы, но, как мы увидим, простые правила, а также численное и экспериментальное тестирование приводят к оптимальному результату с точки зрения интересующих нас приложений. Такой подход также дает четкие указания на то, что ширина запрещенной зоны вокруг частоты брэгговской дифракции действительно является причиной того, что радиальные волны не могут распространяться.

Фононные кристаллы, в которых периодическая решетка состоит из пьезоэлектрических элементов, встроенных в подложку, были впервые исследованы [10], [11], [12]. Другой подход, состоящий из пьезоэлектрического материала с периодическим повторением полых цилиндров, был использован для исследования поверхностных акустических волн в этих пьезоэлектрических фононных кристаллах [13]. Одним из преимуществ работы с пьезоэлектриками является то, что в отличие от обычных материалов, где требуется внешний источник волн, а затухание или фазовый сдвиг измеряются с помощью анализатора усиления-фазы или других методов, в фононных кристаллах, построенных из пьезоэлектрических материалов, как предлагается здесь распространяющиеся волны возникают за счет прямого электрического возбуждения самого материала, и никаких внешних источников приходящих волн не требуется.Более того, прямой пьезоэлектрический эффект также упрощает обнаружение различных упругих эффектов, поскольку волны давления являются источником изменений электрического заряда, которые преобразуются в электрический сигнал, который можно легко проанализировать.

Здесь мы используем дизайн фононного кристалла, как в Ref. [13], состоящий из периодического массива цилиндрических полостей, просверленных вдоль направления поляризации пьезокерамического резонатора, чтобы остановить распространение волн вдоль плоскости, перпендикулярной направлению поляризации.Это создает резонатор, способный вибрировать на своей резонансной частоте с поршневой вибрационной поверхностью, независимо от его формы и размеров. Как упоминалось выше, свойства фононного кристалла сами по себе здесь не изучаются, но достаточно принять во внимание некоторые общие экспериментальные результаты [5]. В фононном кристалле, состоящем из квадратного массива воздушных отверстий, параметр решетки или периодичность перфораций должен быть около половины длины волны дифрагируемой волны, а ширина запрещенной зоны пропорциональна так называемому коэффициенту заполнения π ( r2/a2), где a — параметр решетки, r — радиус перфорации.

Оптимизация размеров цилиндрической пьезокерамики в качестве радио-чистых низкочастотных акустических сенсоров

Круговые пьезоэлектрические преобразователи с аксиальной поляризацией предложены в качестве низкочастотных акустических сенсоров для детекторов пузырьковых камер темной материи. Осевая вибрация преобразователя изучается тремя различными методами: аналитические модели, моделирование методом конечных элементов и экспериментальная установка. Чтобы оптимизировать геометрию диска для этого приложения, зависимость форм колебаний в зависимости от отношения диаметра к толщине от 0.5 (высокий цилиндр) до 20,0 (тонкий диск). Определены резонансные и антирезонансные частоты для каждой из низших мод и рассчитаны коэффициенты электромеханической связи. Исходя из этого анализа, из-за требований радиочистоты и небольшого объема обсуждаются оптимальные отношения диаметра к толщине для хороших характеристик преобразователя.

1. Введение

Первое открытие пьезоэлектрического эффекта было сделано в 1880 году Жаком и Пьером Кюри. Они обнаружили, что кристалл кварца, подвергнутый механическому воздействию, создает электрический потенциал, пропорциональный приложенной силе.Этот эффект называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. В следующем году Габриэль Липпманн описал аналитический метод обратного пьезоэлектрического эффекта, а братья Кюри продемонстрировали эту теорию в лаборатории. С момента своего открытия пьезоэлектричество использовалось в различных областях, таких как оборона, медицинская диагностика, обнаружение частиц, ультразвук, моторы и эхолокация [1, 2]. Из-за различных режимов колебаний пьезоэлектрического материала применение этого явления может быть различным в каждой области.Первым использованным пьезоэлектрическим материалом был кварц; однако этот материал не очень хорошо преобразует электрическую энергию в механическую, и его чувствительность мала. Позднее, в середине XIX века, были разработаны кристаллы цирконат-титаната свинца (ЦТС). Этот материал имеет лучшую чувствительность и частотную характеристику. Этот материал производится с использованием очень сильного электрического поля, которое поляризует керамику в определенном направлении.

Пьезокерамические преобразователи обычно имеют правильную геометрию, и знание поведения пьезокерамических дисков важно для проектирования и применения преобразователей [3, 4].С помощью этих преобразователей можно генерировать вибрации от нескольких до нескольких сотен кГц, демонстрируя возможность использования в качестве ультразвуковых датчиков и приводов в этом диапазоне частот.

Например, в недавних приложениях используются пьезоэлектрические датчики для обнаружения акустического сигнала, излучаемого взаимодействием элементарных частиц в жидкой мишени. В этом смысле в пузырьковых камерах детекторов темной материи PICO используется перегретая жидкая мишень, помещенная в стеклянный сосуд [5, 6].При некоторых термодинамических условиях взаимодействие частиц приводит к зарождению пузырьков внутри жидкости, и во время роста пузырьков излучаются акустические волны. Эти датчики приклеиваются к внешним стенкам сосуда, содержащего метастабильную жидкость. Акустическое различение различных акустических событий сильно зависит от полных свойств датчика, а также существуют ограничения, связанные с небольшим размером и радиочистотой пьезоэлектрической керамики [7]. В этих детекторах в конструкции преобразователя используется круглая пьезокерамика (как цилиндрическая, так и дисковая) для полосы частот до 150 кГц.Они показывают влияние соединения керамики с сосудом на его акустический отклик. В числе прочего выделяется повышение чувствительности датчиков, в основном на низких частотах. Это связано с лучшей адаптацией акустических импедансов между средой и керамикой через стекло сосуда [7]. Однако первым шагом в разработке окончательного преобразователя является выбор типа и размера керамики с учетом ее конечного использования. Для этого, а также поскольку низкая радиоактивность является обязательным условием, большое значение имеет количество керамики, используемой в преобразователе.Это связано с тем, что керамический материал содержит свинец, который обычно сопровождается тяжелыми радиоизотопами, которые являются альфа-излучателями и, таким образом, источником фона в реакциях альфа-нейтронов.

В этой статье мы объясняем проверенную методологию изучения оптимизации датчиков этого типа. Для этого несколько круглых сечений (дисков или цилиндров) пьезокерамики PIC255 с различной шириной и высотой исследуются аналитическими и численными методами, а полученные результаты сопоставляются с экспериментальными измерениями. В предыдущих работах с круговым PZT некоторые авторы изучали собственные формы колебаний аксиально-симметричной пьезокерамики с использованием методов конечных элементов (FEM) [3], уделяя особое внимание эффективности и конструкции преобразователя. Теоретический анализ контрастировал с экспериментальными измерениями резонансных колебаний с помощью интерферометрии и лазерного доплеровского виброметра [8]. Также можно найти дополнительные методы характеризации и формулы теоретического подхода. Здесь будут сравниваться основные параметры пьезокерамики: резонанс, , и антирезонанс, , частоты электрического импеданса и его амплитуда, произведение каждого частотного резонанса на длину (толщину, или диаметр, ), связанную с модой вибрация , а коэффициент пьезоэлектрической связи .Более того, соотношение коэффициентов связи низших пьезоэлектрических мод дает нам количественную оценку распределения энергии в этом частотном диапазоне. Выводы этих исследований позволяют нам иметь принципы проектирования для выбора конкретной пьезокерамической круглой геометрии с радиочистым пьезоэлектрическим материалом, который можно использовать в следующем поколении детекторов пузырьковой камеры темной материи (PICO 500 L) [9].

2. Теоретический анализ

Как уже говорилось, оптимизация объема основана на круговой керамике со свободными границами, такой как показанная на рисунке 1, где показана геометрическая схема пьезокерамического диска толщиной t и радиусом .Пьезоэлектрический диск поляризован по толщине (ось -), а две противоположные плоские грани покрыты комплектными электродами.


2.1. Аналитический метод

Колебательное поведение круглой детали с характеристиками, показанными на рисунке 1, может быть получено из определяющих уравнений для пьезоэлектрического материала. Подробный обзор по этому вопросу см. в [10–12]. Для целей этого текста важно отметить, что существует три различных режима вибрации тонких пьезокерамических дисков: тангенциальный, поперечный и радиальный режимы растяжения.Однако теоретический и экспериментальный анализ этих мод [8] показывает, что при импедансном анализе могут быть измерены только резонансные частоты мод радиальных колебаний. По этой причине мы анализируем только колебательные характеристики расширенных мод.

Предполагая, что во времени имеет место гармоническое радиальное колебание () с известной частотой (), радиальное смещение в срединной плоскости по радиусу можно выразить как

Пьезоэлектрические уравнения приводят к следующему общему решению для радиальной составляющей вибрации: где – функция Бесселя 1-го рода для порядка 1, а параметры и определяются выражением где – коэффициент Пуассона, – радиус, – плотность материала, – разность электрических потенциалов между электродами, , , и – механический и пьезоэлектрический коэффициенты, которые можно увидеть в Приложении.

Резонансную и антирезонансную частоты можно найти там, где ток становится бесконечным и обращается в нуль соответственно. При этом характеристические уравнения для обеих резонансных частот можно записать в виде где и представляют собой функцию Бесселя первого рода для порядков 0 и 1 соответственно и . Уравнение (4) является известным результатом двумерного анализа радиальных мод [8].

Из (4) и (5) результирующие резонансная и антирезонансная частоты радиальной моды растяжения для круглого пьезоэлектрического элемента со свободными граничными условиями могут быть выражены как

Как уже упоминалось, основа для сравнения этих аналитических результатов с экспериментальными измерениями или численного моделирования электрического импеданса заключается в том, что он достигает локального минимума, когда образец вибрирует на резонансной частоте, и максимума на антирезонансной.

2.2. Метод численного моделирования

Для моделирования поведения пьезоэлектрической керамики использовалась программа COMSOL Multiphysics. При этом были получены кривые импеданса, которые использовались в этом исследовании. При определении размера элементов тетраэдрической сетки учитывалось, что меньшая длина волны (максимальная частота) дискретизируется почти на десять частей. Во всех контурах преобразователя задавалось механическое свободное граничное условие, а на электроды подавались равномерные электрические напряжения холостого хода.Образцы были поляризованы в направлении длины (рис. 1), а приложенное напряжение было установлено на уровне 500 мВ.

На рисунке 2 показан пример типа сетки, используемой для дискретизации решений. Количество элементов сетки с тетраэдрической структурой составило 6698. Поскольку измерения электрического импеданса проводились на воздухе, использовался поверхностный граничный импеданс 450 кРил.

В таблице 1 показаны толщина () и диаметр () различных цилиндрических керамических изделий, которые были смоделированы для изучения различных режимов колебаний.Выбранные размеры являются типичными для детекторов PICO. Кроме того, было решено использовать больший набор керамики = 2 мм для изучения изменения диаметра и набор керамики = 10 мм для изучения изменения толщины.

5

[мм] 10 10 10 10 10 10 5 10 7 10 13 15 18 18 20 22 24 25 30 35 40
[мм] 20 17 17 15 10 7 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
0.5 0,6 0,7 1 1,4 2 2,5 3,3 3,5 5 6,5 7,5 9 10 11 12 12,5 15 17,5 20

Геометрии с соотношением, равным или превышающим 5 дисков, могут рассматриваться как 3]. Чем меньше отношение, тем больше керамика ведет себя как цилиндр.Имея это в виду, метод FEM можно использовать для исследования керамики с различным радиусом и длиной, чтобы получить результирующую характеристику импеданса, а также частоты и амплитуды каждого пика. В последующем будет изучено полученное поведение с учетом объема каждого тестового образца.

3. Экспериментальная установка

Чтобы сопоставить теоретические предсказания моделей с экспериментальными результатами, мы измерили частотно-частотную характеристику электрического импеданса нескольких цилиндрических пьезокерамических материалов PIC 255 с различным диаметром и толщиной (см. Таблицу 2).Измерение проводилось резонансным методом с использованием анализатора импеданса Wayner Kerr Electronics 6500P LF. Образцы удерживаются в воздухе только тремя металлическими проволоками внизу и одной вверху, чтобы избежать нагрузок и ограничений вибрации. На рис. 3 показана экспериментальная установка для измерения пьезокерамики диаметром  мм и  мм.


[мм] 10 10 20 25
[мм] 5 2 2 2
2 5 10 12.5


При возбуждении керамики на резонансной частоте радиальных колебаний значение импеданса достигает минимума, а адмиттанс максимален.

4. Результаты
4.1. Ширина полосы частот Импеданс

На рис. 4 показаны как численные, так и измеренные результаты для одного из исследованных преобразователей ( мм и  мм). Частота менялась от 100 Гц до 1,5 МГц с шагом приращения 100 Гц.Показан модуль полученного электрического импеданса. Мы можем различать низкочастотные радиальные моды и высокочастотные толщинные моды. Локальные минимумы и максимумы, появляющиеся на кривой импеданса, соответствуют резонансной и антирезонансной частотам соответственно [13].


Для первых трех мод на рис. 4, соответствующих радиальным модам (левый квадрат), видно хорошее совпадение либо в частотном положении пиков, либо в их амплитуде с разницей менее 0.01% по частоте и менее 0,05% по амплитуде. Для режима толщины (правый квадрат) следует указать, что существует большая относительная деформация и влияние потерь больше, чем в радиальных режимах. В любом случае, очень высокие частоты нас не интересуют, поэтому высокочастотные толщинные моды в данной работе не применимы. Даже в этом случае, когда отношение становится все меньше и меньше, эта мода становится более низкочастотной, и результаты экспериментов и моделирования лучше согласуются.

4.2. Режимы Поведение

С помощью этих экспериментальных, численных и аналитических методов необходимо изучить взаимосвязь между резонансными частотами и геометрическими параметрами диска. Все эти подходы будут учтены, а результаты будут сопоставлены и обсуждены. Например, на рис. 5 показано соотношение между частотой и диаметром преобразователя для первых четырех мод при толщине = 2 мм. Сплошная линия представляет аналитические решения, кружки-символы представляют результаты численного моделирования, а пунктирная линия с квадратами обозначает ситуацию = 25, 20 и 10  мм, связанную с экспериментальными измерениями.


В целом аналитические и численные результаты хорошо согласуются, за исключением более высоких мод, чем третья. В этом диапазоне частоты близки к частотам мод колебаний толщины пьезоэлектрического цилиндра и возникает сильная связанная вибрация толщины и радиального направления. Кроме того, в этих областях аналитические решения могут иметь некоторые погрешности из-за малого отношения диаметра к толщине ( ); также аналитический метод основан на теории мембран [8].Мы можем видеть, что резонансная частота увеличивается с уменьшением диаметра в нелинейной зависимости, особенно для малых диаметров.

На рис. 6 представлена ​​зависимость между частотой и толщиной преобразователя для первых четырех мод в расчете на = 10 мм. Штриховая линия обозначает ситуацию = 2 и 5 мм. Как экспериментальные, так и смоделированные значения показывают, что частота уменьшается с увеличением толщины и сходится к аналитическому решению для малой толщины.Поскольку аналитическое решение справедливо только для идеальных дисков, оно не зависит от толщины. Для этого аналитические решения постоянны и близки к решениям МКЭ для большего отношения диаметра к толщине, то есть для малой толщины.


4.3. Постоянная частоты

Частотный коэффициент описывает зависимость между геометрическими размерами тела и соответствующей (рядовой) резонансной частотой. Когда механически свободный пьезоэлектрический керамический элемент возбуждается переменным электрическим полем и существует минимум импеданса, частота радиального резонанса совпадает с частотой последовательного резонанса.Связь между константой частоты резонанса радиальной моды и диаметром керамического элемента выражается как . На более высоких частотах имеется еще один минимум импеданса — частота резонанса толщины. Постоянная частоты моды толщины , связана с толщиной керамического элемента , соотношением . На рис. 7 показано отношение к различным отношениям, полученным как методами МКЭ (штриховая линия), так и экспериментально (квадраты). Видно, что при этом частотный коэффициент значительно уменьшается.Такое поведение предлагает геометрическое различие между дисками и цилиндрами. В соответствии с [1] измерения резонансной и антирезонансной частот пьезоэлектрического диска должны быть выполнены в соотношении лучше, чем общепринятые эталоны измерения пьезоэлектрических коэффициентов [14, 15]. Сплошная черная линия указывает на постоянную частоты в теоретической модели, которая подтверждает приведенное выше утверждение.


4.4. Поведение режима толщины

Хотя высокие моды представляют большее отклонение между экспериментальными и предсказанными результатами, интересно показать различие между антирезонансной постоянной частоты в низких и высоких модах.На рис. 8 показано значение для первых четырех низких мод (радиальных мод). Как и ожидалось, при более низком коэффициенте увеличивается. Как численные, так и аналитические результаты согласуются с приведенными выше экспериментальными значениями. Тем не менее, существует четкая тенденция к повышению для более низких коэффициентов. Дополнительно показан режим толщины. Поскольку эти меры не изменяются по толщине, постоянная частоты остается довольно постоянной и сильно отличается от картины низких мод. Такое поведение ясно показывает разницу между радиальными и толщинными модами в пьезоэлектрических дисках.При этом можно предсказать, что при малых отношениях и радиальная, и толщинная моды будут иметь одинаковые частоты, при этом возможно, что частота толщинной моды ниже, чем радиальная.


4.5. Коэффициенты электромеханической связи

Коэффициент электромеханической связи является важной характеристикой пьезоэлектрической керамики, используемой для измерения эффективности преобразования энергии. Коэффициент динамической электромеханической связи, предложенный Mason et al., можно получить путем измерения резонансной и антирезонансной частот с помощью следующего выражения [16, 17]:

Этот коэффициент представляет особый интерес при проектировании пьезоэлектрических элементов. Из рисунка 9 мы можем найти значение для каждой из расширенных мод в зависимости от отношения.


Как упоминалось выше, теоретический подход, используемый в этом исследовании, основан на предположении, что пьезоэлектрический элемент тонкий, поэтому теоретические предсказания резонансных частот точны только в том случае, если отношение диаметра к толщине велико.На рисунках 7 и 8 показано расхождение между аналитической моделью и численным моделированием резонансных частот для колебаний растяжения в выполненных значениях в диапазоне от 1 до 20. Видно, что имеется хорошее совпадение с расхождениями в пределах 2% для первые три формы продольных колебаний. Для конкретного случая первой моды теоретический прогноз превосходен, с расхождением менее 0,5%.

В целом можно видеть, что наилучшая эффективность для низшей радиальной моды достигается, когда во второй радиальной моде есть минимум, что свидетельствует о слабом взаимодействии между радиальными модами [18].При промежуточном соотношении от 1 до 10 появляется сложный колебательный спектр, усиливающий связь высших мод. По отношениям видно, что коэффициенты связи низшей моды остаются постоянными, а коэффициенты связи высших мод плавно уменьшаются [19]. Эти выводы о коэффициенте связи могут иметь большое значение для конструкции преобразователя.

5. Обсуждение и выводы

Вышеуказанные исследования были проведены с целью разработки инструментов для оптимизации конструкции пьезоэлектрических датчиков для детекторов пузырьковых камер темной материи.Эти исследования положили начало изучению колебаний радиальных мод растяжения в пьезоэлектрических дисках с механической свободной границей с помощью аналитической модели, численного моделирования и экспериментальных измерений. Представлены результаты с отношением диаметра к толщине в диапазоне от 0,1 (цилиндрическая форма) до 20 (форма диска). Показано, что результаты достаточно хорошо согласуются для четырех нижних резонансных частот.

Кроме того, электромеханическая связь указывает на различное взаимодействие между низкими и высокими модами для различных значений.Представленные здесь исследования и результаты особенно актуальны для высоких частот, появляется сложный колебательный спектр, усложняется конструкция преобразователя. Результаты показывают, что простая мода расширителя длины с минимальной связью с посторонними колебательными модами может быть достигнута для . Эти выводы также можно увидеть на рисунке 10, где показано соотношение между коэффициентом электромеханической связи первой моды ( и второй моды ().


Из рисунков 8 и 10 можно понять различные поведение по соотношению.В ситуациях с < 1 ​​частота толщинных мод ниже или очень близка к радиальным модам. Затем может произойти сильное изменение отношения между коэффициентами электромеханической связи из-за различной природы мод, наблюдаемых со значениями до 4,5, что приводит к значительному контрасту эффективности между двумя низшими модами керамики. Для геометрий 1 < < 6 самые низкие резонансные частоты уже соответствуют только радиальной моде с относительно высокими значениями, но с более низким коэффициентом (минимум около 1.4), то есть с большим взаимодействием между модами, что приводит к более однородному отклику в этом диапазоне частот. Для случая > 6 резонансная частота уменьшается, а отношение увеличивается, но стабилизируется на значении примерно 2,2.

При разработке пьезоэлектрической керамики для низкофоновых детекторов частиц необходимо учитывать количество материала, используемого в конструкции датчиков. В этом смысле дополнительным параметром, который необходимо учитывать, является масса (или, что то же самое, объем) керамики.Таким образом, поскольку он зависит от квадрата диаметра и является линейным по отношению к толщине, мы должны заново интерпретировать предыдущие результаты с точки зрения объемного отношения для каждого значения.

Чтобы получить первое приближение к этой проблеме оптимизации, мы сравнили поведение трех керамических материалов, которые мы измерили, из-за их различных значений и объемов. В таблице 3 приведены результаты, полученные в этой статье.




мм

мм

мм

мм

мм

мм

мм 3

кГц

кГц

EXP

сим.

кГц

кГц

эксп.

сим.
эксп. сим.

10 2 5 157,1 196,7 197,0 0,50 0,55 466,0 466,0 0,24 0,27 2,08 2,04
10 5 2 392.7 177,0 177,0 0,44 0,57 270,0 270,0 0,23 0,40 1,91 1,43
20 2 10 628,3 98,7 98.75 0,56 0,55 251,8 252,5 0,26 0,25 2,15 2,20

Среди этой керамики, для применения датчика широкополосного, не геометрия не отвечает желаемые требования небольшого объема, низких частот и уменьшенного соотношения.Однако, учитывая, что электромеханический фактор сильно влияет на акустическое поведение пьезокерамики, используемой в качестве акустического приемника, мы бы выбрали случай = 2, поскольку он представляет более плоский акустический отклик без заметных пиков [7].

Имея это в виду, мы можем обобщить исследование на набор моделируемой керамики. На рисунке 11 показан результирующий объем изученных геометрий, различая те, которые соответствуют = 10  мм (красная линия) и = 2  мм (синяя линия). Следовательно, исходя из условий радиоактивного загрязнения, мы можем установить объемный порог.В качестве примера был выбран порог 0,5 см 3 , чтобы можно было использовать всю керамику ниже этого порога, соответствующую радиочистому ограничению датчика.


По аналогии с рис. 10 на рис. 12 показано отношение коэффициентов электромеханической связи низших мод к объему каждого образца. В этом случае кривые обеих геометрий были скорректированы по методу наименьших квадратов, что дало хорошее согласие с соотношением . Замечено, что для керамики с размером = 2 мм мы должны использовать объемы меньше 0.1 см 3 иметь связь между низшими модами, . С другой стороны, для геометрий с = 10 мм ситуация более спокойная, и измеренная керамика находится ниже порогового значения 0,5 см 3 , что соответствует обоим критериям одновременно.


После установления объемных порогов и связи между модами необходимо, чтобы керамика реагировала на минимально возможную частоту. Мы должны быть осторожны, потому что, как правило, когда объем меньше, связь уменьшается, но основная частота увеличивается.На рис. 13 показана основная резонансная частота для каждого исследуемого образца с соблюдением геометрии, минимизирующей частотную характеристику.


Из этих трех рисунков мы делаем вывод, что в пределах 1,5 < < 9 мы можем найти геометрию ниже объемного порога (рис. 11). Среди них те, которые соответствуют 1,5 < < 4,5, удовлетворяют соотношению (рис. 12), то есть меньшей связи между низшими модами. В полученных геометриях та, у которой более низкая основная частота (рис. 13), равна = 10 мм и = 7 мм.Мы видим, что это соотношение похоже на экспериментально измеренную керамику с = 10 мм и = 5 мм, и, следовательно, это также может быть хорошим вариантом.

Компромисс между низким отношением и низкой основной частотой можно также изучить путем измерения акустического отклика (отклик полученного напряжения) каждого образца [7]. Однако с помощью метода, представленного в этом тексте, мы можем ограничить количество геометрий, которые адаптированы к радиочистым требованиям конструкции пьезоэлектрического акустического датчика для детекторов частиц, таких как следующее поколение детекторов пузырьковой камеры темной материи.

Приложение

Подробно описаны свойства пьезокерамики, использованной в этом исследовании PIC255:

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Министерству экономики и конкурентоспособности Испании (MINECO) за финансовую поддержку, гранты FPA-2015-65150-C3-2P и Consolider MultiDark CSD2009-00064. Мы также благодарим членов PICO Collaboration за плодотворные обсуждения, предложения и комментарии.

Патент США на пьезоэлектронный балласт для люминесцентной лампы. Патент (Патент № 6,034,484, выдан 7 марта 2000 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к пьезоэлектронному балласту для люминесцентной лампы в области светотехники, а именно к электронному устройству запуска и управления люминесцентной лампой.

Пьезоэлектронный балласт по настоящему изобретению относится к электронному устройству, состоящему из полупроводниковых дискретных устройств и интегральных схем, а также пьезокерамических функциональных элементов.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известно, что световая отдача люминесцентной лампы и стабильность светового потока улучшаются при работе люминесцентной лампы на более высокой частоте по сравнению с частотой сети от 50 Гц до 60 Гц.

Традиционные электромагнитные балласты, имеющие электромагнитный трансформатор и пусковое устройство, не отвечают современным требованиям высокой светоотдачи, низкого уровня гармонических искажений и увеличенного срока службы люминесцентной лампы, так как балласт работает на низкой частоте и всплески напряжения не контролируется при запуске.В последнее время для удовлетворения этих требований внедряется электронный балласт.

Базовый блок электронного балласта, работающего на высокой частоте от 10 кГц до 80 кГц, состоит из выпрямителя, высокочастотного преобразователя и резонансной индукторно-конденсаторной (LC) цепи, где в резонансную цепь включена газоразрядная люминесцентная лампа. цепь ЛК.

Хороший электронный балласт должен обеспечивать следующие характеристики для обеспечения длительного срока службы люминесцентной лампы, а также балласта: (1) нити накала катода люминесцентной лампы должны быть обычно предварительно нагреты, за исключением люминесцентной лампы мгновенного включения. ; (2) скачок напряжения должен быть низким для плавного пуска; 3) ток разряда должен стабилизироваться после включения люминесцентной лампы; (4) следует учитывать колебания входного напряжения для стабильности заряда и светового потока люминесцентной лампы; (5) следует учитывать коэффициент мощности и поведение люминесцентной лампы в конце срока службы; (6) гармонические искажения люминесцентной лампы должны быть низкими; и (7) следует избегать электромагнитных помех.

В патенте ЕР

№ 0359245 описан электронный балласт, но он не отвечает всем вышеуказанным требованиям. Большинство современных люминесцентных ламп снабжены катодами накаливания, расположенными на концах стеклянной трубки, чтобы улучшить пусковые характеристики и, таким образом, продлить срок службы ламп. Предварительный нагрев нитей катода создает объемные заряды, которые значительно снижают напряжение ионизации и тем самым способствуют плавному пуску лампы — началу упорядоченного движения ионов и лавинообразному нарастанию электрического тока в лампе.Чтобы продлить срок службы люминесцентной лампы, необходимо правильно регулировать ток предварительного нагрева и минимизировать пусковое напряжение, чтобы защитить эмиттеры от сильных скачков пускового тока и напряжения.

В электронном балласте по патенту Германии № 3835533 А1 термочувствительный резистор, термистор добавлен параллельно пусковому конденсатору для регулирования тока предварительного нагрева. Термочувствительный резистор обеспечивает предварительный нагрев катодов перед запуском люминесцентной лампы.При включении главного ключа через катодные нити начинает протекать большой ток предварительного нагрева из-за малого значения сопротивления термистора. Когда сопротивление термистора переходит в высокоомное состояние при протекании через него тока предварительного нагрева, начинает работать основной резонансный контур и на лампе развивается высокое напряжение, достаточное для запуска лампы. Поскольку сопротивление термистора зависит от температуры окружающей среды, ток предварительного нагрева нельзя точно регулировать в широком диапазоне рабочих температур.Кроме того, при выключении и повторном включении лампы через короткое время эффект предварительного нагрева будет уменьшаться из-за более медленного восстановления сопротивления термочувствительного резистора.

Патент Великобритании № 2267002 раскрывает электронный балласт на основе резонансной LC-цепи, в которой вспомогательный конденсатор подключен параллельно люминесцентной лампе для предварительного нагрева нитей накала в дополнение к пусковому конденсатору. Вспомогательный конденсатор отключается через заданное время переключателем реле времени, после чего основной резонансный процесс обеспечивает высокое напряжение для запуска лампы.В этом предшествующем уровне техники ток предварительного нагрева для катодных нитей накаливания обеспечивается процессом зарядки и разрядки конденсатора, который показывает большой пусковой ток предварительного нагрева, который вреден для срока службы лампы.

Патент США. В US 5319284 раскрыт электронный балласт, состоящий из выпрямителя, генератора импульсов, соединенного с полумостовым преобразователем на транзисторах, первого резонансного LC-контура с демпфирующим контуром, подключенного к люминесцентной лампе, и второго резонансного контура с катушкой индуктивности и конденсатором. подключен параллельно лампе.В этом предшествующем уровне техники второй резонансный контур, имеющий более высокую резонансную частоту, обеспечивает средство предварительного нагрева нитей накала катода, в то время как первый резонансный контур, имеющий более низкую резонансную частоту, обеспечивает пусковое напряжение. В этом известном уровне техники очень трудно точно установить условия предварительного нагрева и запуска из-за двойных резонирующих контуров с катушками индуктивности и конденсаторами.

ОБЪЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание схемы балласта для газоразрядной люминесцентной лампы, отвечающей современным требованиям, таким как стабильный режим предварительного нагрева для плавного пуска лампы, режим мягкого пуска и т. д.

Другой целью настоящего изобретения является создание схемы балласта, используемой для газоразрядной люминесцентной лампы, чтобы продлить срок службы лампы за счет облегчения плавного пуска.

Еще одной задачей изобретения является создание балластной схемы, в которой используются пьезокерамические резонаторы для управления током предварительного нагрева и условиями запуска.

Вышеупомянутые и другие цели настоящего изобретения будут достигнуты в следующем описании.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Применение пьезокерамического резонатора PR, подключенного параллельно к газоразрядной люминесцентной лампе FL и последовательно к катодным нитям накала люминесцентной лампы, обеспечивает надежное средство предварительного нагрева катодных нитей накала для облегчения плавного запуска люминесцентной лампы. лампа.

Резонатор пьезокерамический ПР представляет собой поляризованный пьезокерамический элемент, выполненный в виде прямоугольной пластины, прямоугольного стержня, квадратной пластины, квадратного стержня, диска или цилиндра. Линейные размеры и форма ПР определяют тип колебаний, электромеханическую резонансную частоту и частотные характеристики. ПР, имеющие радиальные, контурные или продольные колебания, лучше всего подходят для применения в пьезоэлектронном балласте.

Пьезокерамические резонаторы и фильтры как частотно-избирательные элементы в измерительных приборах и средствах радиосвязи широко применяются в слабом переменном электрическом поле, где напряженность поля не превышает порядка вольт на мм.

Настоящее изобретение предлагает использование пьезокерамического резонатора в силовой электронике в качестве электронного балласта, где напряженность электрического поля достигает порядка сотен вольт на мм толщины пьезокерамического элемента. Расширение полосы частот резонансной характеристики ПР достигается за счет параллельного использования нескольких пьезокерамических резонаторов, имеющих разные частотные характеристики, и дальнейшего механического сдерживания колебаний пьезокерамических резонаторов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение будет более полно понято при обращении к последующему подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, прочитанному вместе с прилагаемыми чертежами.

РИС. 1 представляет собой блок-схему пьезоэлектронного балласта для люминесцентной лампы FL, в которой реализован принцип настоящего изобретения;

РИС. 2 представляет собой принципиальную схему пьезоэлектрического балласта согласно настоящему изобретению с люминесцентной лампой, последовательно соединенной с двумя или более пьезокерамическими резонаторами PR1, PR2 и т. д.и дополнительный конденсатор С*;

РИС. 3 — график зависимости проводимости от напряженности входного электрического поля для пьезокерамического резонатора из мягких пьезокерамических материалов;

РИС. 4 — график, показывающий частотную характеристику проводимости пьезокерамического резонатора, имеющего параллельно дополнительный конденсатор;

РИС. 5 — принципиальная схема пьезоэлектронного балласта люминесцентной лампы ФЛ на основе автоколебательного контура с пьезокерамическим резонатором;

РИС.6 представляет собой график, показывающий частоту автоколебаний в зависимости от входного напряжения преобразователя автоколебаний;

РИС. 7 представляет собой график, показывающий временную зависимость напряжения лампы и тока накала катода в пьезоэлектронном балласте;

РИС. 8 — принципиальная схема пьезоэлектронного балласта для люминесцентной лампы на основе высокочастотного преобразователя, имеющего ИМС высокочастотного привода; и

РИС. 9 представляет собой график, показывающий зависимость напряжения и тока лампы от времени/частоты пьезоэлектронного балласта для люминесцентной лампы на основе высокочастотного преобразователя, имеющего высокочастотную управляющую ИС.

РИС. 10 представляет собой схему пьезокерамического резонатора, установленного на печатной плате.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Схематическое расположение пьезоэлектронного балласта показано на фиг. 1. Состоит из газоразрядной люминесцентной лампы ФЛ, высокочастотного преобразователя и источника постоянного напряжения с выпрямителем. Катодные нити r 1 и r 2 люминесцентной лампы FL соединены с высокочастотным преобразователем и пьезокерамическим резонатором PR.

Пьезокерамический резонатор PR имеет собственную статическую емкость C 01 и параллельно подключен к люминесцентной лампе FL. На вход пьезоэлектронного балласта подается питание 220 В или 110 В. Выход выпрямителя подключен к входу высокочастотного преобразователя, который, в свою очередь, через дроссель L* соединен с люминесцентной лампой FL. Индуктивность L* и статическая емкость C 01 PR определяют основное условие L-C резонанса пьезоэлектронного балласта.

При включении питания балласта на преобразователь высокой частоты через выпрямитель поступает постоянное напряжение, как показано на рис. 1. Амплитуда увеличивается от 0 напряжения до высокого напряжения в зависимости от входного линейного напряжения, например, до 320 В при входном напряжении 220 В. Когда напряжение на преобразователе достигает порогового значения, преобразователь начинает генерировать высокочастотные импульсы, которые подаются в нагрузку, на люминесцентную лампу. В начальный момент в качестве начальной частоты преобразователя устанавливается частота выше резонансной частоты ПР, которая, в свою очередь, значительно выше основной резонансной частоты, определяемой L* и C.sub.0 =C 01 +C*, напряжение лампы не достигает уровня, необходимого для ионизации люминесцентной лампы, и, таким образом, запуск лампы не происходит. На этой частоте, поскольку полное сопротивление люминесцентной лампы остается на уровне нескольких сотен кОм. но импеданс PR остается в пределах нескольких десятков Ом. из-за резонансной природы ПР ток течет в основном через две катодные нити r 1 и r 2 , последовательно соединенные с ПР, что обеспечивает возможность предварительного нагрева тока катодных нитей при снижении частоты до основная резонансная частота.

Эффективный предварительный нагрев катодных нитей требует определенного уровня тока и времени предварительного нагрева. Ток предварительного нагрева определяется в основном импедансом ПР, а также сопротивлением катодных нитей и импедансом индуктора L*. Эффект преднагрева можно регулировать изменением частотных характеристик ПР и резонансного контура. Ширина полосы частот, измеренная на уровне 70% пиковой проводимости, зависит от пьезоэлектрических коэффициентов k.sub.ij и механической добротности Qm, которые, в свою очередь, зависят от режима вибрации, пьезокерамического материала, способа монтажа и сопротивления электрических нагрузок. Ширину частотной полосы проводимости можно расширить, подключив параллельно два или более ПР и дополнительно подключив параллельно дополнительный конденсатор С*, как показано на фиг. 2. Пьезокерамический резонатор ПР1, ПР2 и др. может быть выполнен из различных пьезокерамических композиций, обладающих различными электрофизическими и пьезоэлектрическими свойствами, например Э.sub.33, Q m и k ij или различных геометрических размеров, имеющих одинаковый состав, чтобы расширить общую ширину полосы частот.

PR показывает сильную нелинейность пейзоэлектрических параметров в сильном электрическом поле. ИНЖИР. 3 показано влияние электрического поля на частотные характеристики проводимости квадратной пластины PR в районе резонансной частоты от 50 кГц до 80 кГц. На фиг. 3 кривая 1 соответствует 10 В/мм, кривая 2 — 20 В/мм, кривая 3 — 30 В/мм и кривая 4 — 50 В/мм.Можно отметить, что при увеличении напряженности электрического поля от 10 до 50 В/мм ширина полосы частот расширяется примерно в 4 раза, а резонансная частота смещается в сторону низких частот на 4-5 кГц. Эти эффекты, обусловленные нелинейностью электрофизических свойств ПР в сильном электрическом поле, используются для предварительного нагрева нитей катода в пьезоэлектронном балласте по настоящему изобретению. В высокочастотном преобразователе, имеющем автоколебательный контур, частота колебаний зависит от входного напряжения.В пьезоэлектронном балласте по настоящему изобретению частота качается от высокой частоты предварительного нагрева до низкой рабочей частоты для обеспечения эффекта предварительного нагрева, например, от 80-90 кГц в начале включения, а затем до 40-50 кГц. на работе.

Частотная характеристика проводимости резонансного контура показана на фиг. 4 для схемы с одним конденсатором (C*=4 нФ: кривая 1), схемы с одним пьезокерамическим резонатором (C01 =4 нФ: кривая 2) и схемы с подключенными конденсатором и пьезокерамическим резонатором параллельно (с.sub.0 =C 01 +C*: кривая 3) в сильном электрическом поле 30 В/мм. В третьем случае дополнительный конденсатор С* вместе с С01 и катушкой индуктивности L* составляют основной резонансный контур электронного балласта. По мере приближения выходной частоты преобразователя к частоте основного резонанса, определяемой C 0 и L*, напряжение на люминесцентной лампе увеличивается до уровня, необходимого для включения лампы за счет эффекта основного резонанса. Таким образом, после предварительного нагрева катодов за счет резонансного воздействия самого пьезокерамического резонатора в пьезоэлектрическом балласте осуществляется плавный пуск люминесцентной лампы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что параллельно люминесцентной лампе в основном резонансном контуре устанавливается хотя бы один частотно-селективный пьезокерамический резонатор для обеспечения оптимального предварительного прогрева катодных нитей накала и запуска люминесцентной лампы. Эффект предварительного нагрева максимизируется за счет использования резонансного поведения PR в резонансном контуре балласта и отделения частоты предварительного нагрева от рабочей частоты лампы.

Изобретение можно лучше понять со ссылкой на следующие варианты осуществления, которые предназначены для целей иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничивающие каким-либо образом объем настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.

РИС. 5 показаны пьезокерамический резонатор PR, конденсатор С*, включенный параллельно люминесцентной лампе FL, высокочастотный преобразователь 202 на автоколебательной схеме и схема выпрямителя 201.

Преобразователь высокой частоты 202 построен по полумостовой схеме на биполярных транзисторах Q1 и Q2 с индуктивной связью эмиттер-база через катушки индуктивности La, Lb и Lc. Выходная частота автогенератора определяется индуктивностями катушек индуктивности La, Lb и Lc, а также сопротивлениями резисторов R1 и R2, установленных в базовых цепях выходных транзисторов.Пусковая схема автогенератора состоит из времязадающих элементов R6 и C3 и диодов D8 и D7. Диоды D5 и D6 включены для защиты транзисторов Q1 и Q2 от пробоя обратным напряжением. Выходная обмотка трансформатора Lb соединена с катушкой индуктивности L* через разделительный конденсатор С2. Индуктор L* соединен с пьезокерамическим резонатором PR последовательно через правую катодную нить r2. Другой электрод пьезокерамического резонатора ПР подключен к общей шине преобразователя последовательно через левую катодную нить r.под.1. Дополнительный конденсатор С* подключен параллельно ПР для расширения ширины полосы частот. Источник 201 постоянного напряжения, подаваемый на высокочастотный преобразователь, состоит из выпрямительных диодов D1-D4 и сглаживающей схемы, имеющей дроссель L1 и конденсатор C1. Статическая емкость пьезокерамического резонатора и емкость конденсатора С01 и С* соответственно и индуктивность L* определяют основное резонансное состояние балласта. Выходная частота автоколебательного контура зависит от входного напряжения, как показано на фиг.6. Выходная частота уменьшается с увеличением входного напряжения.

Преобразователь на РИС. 5 работает следующим образом.

При включении источника питания линейного напряжения 220В конденсатор С1 начинает заряжаться через дроссель L1 от 0 до 300-320 В пикового напряжения линейного входного напряжения, и одновременно конденсатор С3 заряжается током через резистор R6. При увеличении напряжения конденсатора С3 при зарядке до порогового уровня срабатывания пусковой схемы быстро срабатывает диод Д7 и на базу транзистора Q2 автогенератора поступает короткий импульс запускающего напряжения и, наконец, высокий в цепи преобразователя возникает частотное выходное напряжение.Частоторегулирующие элементы преобразователя — La, Lb, Lc, R1 и R2 — выбираются таким образом, чтобы преобразователь начинал работать на более высокой частоте, например 80-85 кГц, чем резонансная частота пьезокерамического резонатора и основная резонансная частота балласта. На этом начальном этапе с более высокой частотой напряжение на люминесцентной лампе FL намного меньше напряжения пробоя, и ток через лампу не протекает из-за отсутствия эффекта резонанса в основном резонансном контуре балласта.

По мере увеличения входного напряжения преобразователя со временем выходная частота приближается к резонансной частоте ПР, а его импеданс начинает уменьшаться и становится минимальным на резонансной частоте ПР, где параллельная цепь почти шунтирует. Таким образом, через ПР и катодные нити r1 и r2 начинает протекать значительный электрический ток, который нагревает нити. По мере того, как выходная частота понижается, импеданс PR снова увеличивается.Когда частота приближается к основной резонансной частоте балласта, определяемой L* и C 0 =C 0 1 +C*, напряжение на люминесцентной лампе начинает увеличиваться за счет эффекта резонанса. Когда напряжение на лампе достигает порогового значения лавинной ионизации, лампа включается и через нее начинает протекать разрядный ток.

Поскольку частотная характеристика проводимости ПР имеет широкую полосу пропускания и его резонансная частота выше основной резонансной частоты, то перед запуском лампы может быть обеспечен предварительный нагрев катодных нитей в пьезоэлектрическом балласте, показанном на фиг.5, т.е. облегчается плавный пуск лампы. Временные характеристики тока, протекающего через катодные нити, и напряжения на лампе пьезоэлектронного балласта представлены на фиг. 7. Примерно через 0,8 сек после включения напряжение на лампе достигает пробивного значения около 640 В и лампа запускается. Катодные нити предварительно нагреваются токами, показанными на фиг. 7 возникающие из-за резонансного эффекта ПР перед запуском лампы. Время предварительного нагрева определяется в основном частотными характеристиками пьезокерамического резонатора и основного резонансного контура.

На основе настоящего изобретения пьезоэлектронный балласт для люминесцентной лампы большой мощности может быть построен более надежно с высокочастотным приводом IC 304, как показано на фиг. 8, который содержит источник постоянного тока с фильтром электромагнитных помех 301 и выпрямителем 302, схему 303 коррекции коэффициента мощности, преобразователь, пьезокерамический резонатор PR, подключенный параллельно люминесцентной лампе FL, конденсатор С*, подключенный параллельно люминесцентной лампе. лампа FL, дроссель L* для регулирования тока лампы, схема защиты от перегрузки по току и схема управления временем развертки частоты.

Преобразователь построен на базе ВЧ привода 304 постоянного тока и полумостовой схемы усилителя мощности, имеющего транзисторные ключи Q1 и Q2. Статическая емкость С01 ПР, емкость дополнительного конденсатора С* и индуктивность катушки индуктивности L* определяют основное условие резонанса пьезоэлектронного балласта. Vcc представляет собой напряжение источника для работы ИС привода, резисторы R3 и R4 и конденсатор С2 задают начальную частоту, а резистор R9 и конденсатор С5 задают время развертки частоты.Конденсатор С6 предназначен для шунтирования. Положительный и отрицательный выходы ИС привода подключены к входам переключающих транзисторов Q1 и Q2 через ограничительные резисторы R5 и R6.

Пьезокерамический резонатор PR включен параллельно люминесцентной лампе FL и последовательно с катодными нитями r1 и r2. Выход правой катодной нити подключен через дроссель L* к общей шине пьезоэлектронного балласта.

Пьезоэлектронный балласт на фиг. 8 работает следующим образом.При подаче переменного сетевого напряжения ИС ВЧ привода начинает работать от постоянного напряжения, подаваемого через схему коррекции коэффициента мощности. Начальная частота ПЧ задается резисторами R3 и R4 и конденсатором С2.

Изменения напряжения и тока лампы показаны на РИС. 9 в зависимости от времени/частоты. В соответствии с увеличением напряжения на накопительном конденсаторе C1 увеличивается входное напряжение источника Vcc драйвера. В некоторый момент времени t=t1 ИМС привода начинает вырабатывать прямоугольные импульсы, которые через разделительный конденсатор С3 поступают на силовые транзисторные ключи и далее на вход люминесцентной лампы.Выходная частота ИС привода уменьшается с увеличением напряжения источника Vcc, приближаясь к резонансной частоте (fr) пьезокерамического резонатора PR.

Импеданс пьезокерамического резонатора становится минимальным при f=f r в диапазоне нескольких десятков Ом и протекании максимального тока от переключающего транзистора к катодам накала r 1 и r 2 . Максимальный ток ограничен индуктивным сопротивлением катушки индуктивности. Предварительный нагрев катодных нитей происходит в течение времени, пока частота ПЧ привода остается в полосе частот резонансной характеристики ПР.В этот период частота управляющей ИС намного превышает основную резонансную частоту, напряжение лампы остается низким, и лампа не активируется из-за отсутствия резонансного эффекта основного резонансного контура.

Когда частота приближается к частоте основного резонанса, ПР ведет себя как чистый конденсатор, и напряжение на лампе начинает увеличиваться за счет эффекта основного резонанса балласта. Номинальная индуктивность дросселя выбирается по оптимальному току лампы исходя из основной рабочей частоты балласта.На частоте основного резонанса напряжение лампы становится максимальным и достигает напряжения пробоя люминесцентной лампы. К этому моменту катодные нити уже предварительно разогреты и вокруг них образуются обильные объемные заряды, способствующие плавному запуску лампы-лавинной ионизации с развитием мощного потока ионов (тока разряда) и последующим зажиганием лампы.

Эффект предварительного нагрева можно настроить в соответствии с конкретными требованиями люминесцентной лампы, изменив время развертки частоты.Схема задания времени развертки частоты и выбора частоты от частоты предварительного нагрева до пусковой и рабочей частоты содержит дополнительный конденсатор С4, включенный параллельно частотозадающему конденсатору С2 привода IC, транзистор TR которого подключен к дополнительный конденсатор С4, основание которого подключено к цепи частотно-временной схемы управления, состоящей из резистора R9 и конденсатора С5, включенных между истоковой линией ИМС привода и общей шиной балласта.Когда напряжение смещения транзистора TR достигает напряжения включения при зарядке конденсатора С5, транзистор включается, и выходная частота изменяется на пусковую и рабочую частоту лампы, заданную емкостью конденсаторов С4 и С2. Время развертки задается сопротивлением резистора R9 и емкостью конденсатора С5.

Сверхток, возникающий в конце срока службы люминесцентной лампы, может вызвать выход из строя транзисторов Q1 и Q2, что приведет к полному выходу из строя балласта.Для защиты пьезоэлектронного балласта в этот вариант осуществления настоящего изобретения включена схема защиты от перегрузки по току. Резистор R8 обнаруживает перегрузку по току и затем включает тринистор, отключая напряжение источника Vcc, чтобы остановить работу ИС привода.

В обоих вариантах в производстве PR используются пьезокерамические материалы системы PZT (система PbTiO 3 —PbZrO 3 ). ПП из мягкого или среднего сегнетоэлектрического пьезокерамического материала обладают адекватными пьезоэлектрическими и механическими свойствами, определяющими его частотно-импедансные характеристики.Пьезокерамические резонаторы изготавливаются путем стандартной керамической обработки, которая включает сухое прессование, спекание, электродирование серебра и поляризацию. Как показано на фиг. 10 пьезокерамический резонатор PR механически закреплен на печатной плате 402 с помощью клея 401, такого как силикон, для расширения ширины полосы частот резонансных характеристик.

Из вышеизложенного очевидно, что возможны многие модификации и изменения без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения.

Терминология резонаторов и фильтров

Амортизатор

Поверхностная акустическая волна распространяется вправо и влево из-за симметричной конструкции ВШП.Силиконовый каучук покрывает внешнюю сторону ВШП для демпфирования поверхностной акустической волны, распространяющейся на внешнюю сторону.

Диафрагма

Максимальная длина перекрытия пальцев IDT.

Аподизация

Утяжеление производится изменением перекрытия пальцев.

Ширина полосы затухания (ширина полосы в дБ)

Обозначает разницу между двумя частотами, при которой затухание становится указанным значением (дБ) от уровня минимальных потерь.(Пример: выражено в точке, где затухание становится равным 20 дБ в случае фильтра 10,7 МГц.)

Нижний уровень

Означает минимальное или среднее затухание без учета основного отклика и паразитных составляющих в указанном диапазоне частот.

Объемные волновые сигналы

Нежелательные сигналы, вызванные возбуждением объемной волны, которые можно подавить, нарезав канавки на дне подложки.

Шина

Общий электрод, соединяющий отдельные пальцы вместе.

Центральная частота

Пример керамического фильтра Частотная характеристика

Означает частоту в центре ширины полосы пропускания. Однако центральная частота для некоторого продукта выражается в точке, где потери минимальны.

Керамический фильтр

Керамический фильтр

представляет собой фильтр, в котором в качестве электромеханического преобразователя и механического резонатора используется пьезоэлектрическая керамика (керамика из титаната бария, керамика из цирконата-титаната свинца и т. д.).Он обеспечивает одновременно электрическую и механическую систему в одном элементе.

Керамический резонатор

Керамический резонатор — это электронный компонент, который в сочетании с другими соответствующими компонентами может производить колебания на определенной частоте.

Он состоит из конденсатора с регулируемым напряжением, который действует как кварцевый кристалл. Керамические резонаторы изготавливаются из высокопрочной пьезокерамики, обычно титаната свинца-циркония (PZT), которая действует как механический резонатор.

При подаче напряжения его пьезоэлектрическое «вибрационное поведение» вызывает колебательный сигнал. Толщина керамической подложки определяет резонансную частоту устройства.

Проходные сигналы

Нежелательные сигналы со входа, появляющиеся на выходе фильтра из-за паразитных емкостей и других электромагнитных связей.

дБ (децибел)

Децибел — это значение логарифмического соотношения, полученное путем сравнения двух уровней.Он также используется с керамическим фильтром при выражении частотных характеристик, вносимых потерь, побочных откликов и т. д. дБ определяется и рассчитывается соотношением электрической мощности, напряжения и тока следующим образом:

  • Коэффициент электрической мощности, дБ = 10 log 10 P 2 /P 1 (электрическая мощность в двух точках, как P 1 и P 2 )
  • Коэффициент напряжения дБ = 20 log 10 E 2 /E 1 (напряжение в двух точках, как E 1 и E 2 )
  • Коэффициент тока дБ = 20 log 10 I 2 /I 1 (ток в двух точках как I 1 и I 2 )

  • Достоинство использования децибел:
  • Как показано выше, децибел выражается в логарифме.
  • Амплитуда, затухание и т. д. вычисляются простым сложением или вычитанием.

дБмк

дБ использовался только для сравнения двух объемов, таких как коэффициент электрической мощности, коэффициент напряжения, коэффициент тока и т. д. Кроме того, дБ можно также использовать для выражения электрической мощности или напряжения, выбирая некоторые эталонные значения.

В керамическом фильтре dBμ используется для выражения значения напряжения, такого как уровень входного сигнала.Здесь эталонное значение равно 0 дБмк = 1 мкВ. Другими словами, громкость, соответствующая уровню 60 дБмк, равна 1 мВ. Важно четко отличать дБ от дБмк.

  • Децибелы для других уровней:
  • дБмВт : Уровень напряжения или тока для получения мощности 1 мВ при нагрузке 600 Ом определяется как 0 дБм.
  • Напряжение: 0 дБм = √600 × 1 × 0,001 = 0,775 В (среднеквадратичное значение)
  • дБс: эталонные значения: 1 Вэфф = 0 дБкВ.

Дискриминатор

Обнаружение ЧМ волны осуществляется по схеме, в которой зависимость между частотой и выходным напряжением является линейной. Дискриминатор функционирует для преобразования изменения частоты в звуковую частоту, уникальная система обнаружения, используемая только для FM-вещания. Известны способы обнаружения ЧМ-волн, такие как обнаружение отношения, обнаружение Фостера-Сили, квадратурное обнаружение, обнаружение дифференциального пика и т.д.

Фильтр

Электрический компонент, имеющий функцию прохождения (или остановки) определенной частоты.

Палец

Элемент гребенчатого электрода ВШП.

Перекрытие пальцев

Длина пары пальцев, между которыми создается только электромеханическое взаимодействие.

Групповая характеристика времени задержки

Одной из важнейших характеристик передающего элемента является передача сигнала с наименьшими искажениями.Это искажение возникает, когда фазовый сдвиг сигнала, проходящего через определенный тракт передачи, нелинейен по отношению к частоте.

Для удобства характеристика GDT используется для выражения нелинейности относительно частоты фазового сдвига и рассчитывается по следующей формуле: T D (GDT), φ (разность фаз между входом и выходом) и ω (угловая частота).

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.