DE2811783A1

DE2811783A1 - Piezoelectric transducer with long flexible strips - enables pulse to be applied to driving part, when parts bend and driven part delivers pulse

Info

Publication number: DE2811783A1
Application number: DE19782811783
Authority: DE
Inventors: Hugo Angermaier
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-03-17
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1979-09-20

Abstract

The strips are made of piezoelectric material and are firmly joined together and form a driving and a driven part. Devices for application and collection of electric signals are provided on the parts. When a voltage signal is applied to the driving part, both parts are bent, so that a voltage pulse is collected from the driven part, following the form of a decaying exponential function. The flexible elements (1, 2) have four electrodes (3, 4, 5, 6). The terminal wires (e.g. 7) are connected at one of the ends.

Description

Piezoelektrischer WandlerPiezoelectric converter

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler mit langgestreckten Biege elementen aus piezoelektrischem Material, die aus einem treibenden und einem getriebenen Teil bestehen und miteinander stoffschlüssig verbunden sind.The invention relates to a piezoelectric transducer with elongated Bending elements made of piezoelectric material, consisting of a driving and a driven part exist and are firmly connected to each other.

Piezoelektrische Wandler mit langgestreckten Biegeelementen sind als sogenannte Bimorf-Streifen bekannt.Piezoelectric transducers with elongated bending elements are available as so-called Bimorf strips known.

Dabei sind zwei entgegengesetzt polarisierte miteinander verbundene Keramikstreifen einseitig in einer Lagerstelle eingespannt. Die Streifen sind metallisiert, so daß dadurch Elektroden zum elektrischen Anschluß gebildet werden. Legt man nun an ein derartiges Gebilde eine elektrische Spannung, so-verbiegen sich die Biegeelemente. Umgekehrt erhält man eine elektrische Spannung, wenn man das nicht eingespannte Ende des Wandlers mit einer Kraft beaufschlagt und auslenkt.Two oppositely polarized are connected to one another Ceramic strips clamped in a bearing on one side. The strips are metallized, so that electrodes are thereby formed for electrical connection. If you lay now If an electrical voltage is applied to such a structure, the bending elements bend. Conversely, you get an electrical voltage if you don't clamp it Force applied to the end of the transducer and deflected.

Es handelt srh demnach hier um einen Wandler, der elektrische in mechanische oder mechanische in elektrische Energie umwandelt.It is therefore a question of a converter that converts electrical to mechanical or converts mechanical energy into electrical energy.

Es sind weiterhin piezoelektrische Wandler bekannt (DE-OS 1 791 075), die elektrische in wiederum elektrische Energie umformen. Hierbei handelt es sich dabei jedoch nicht um langgestreckte Biegeelemente, sondern nach allen Seiten sich ausdehnende oder zusammenziehende Piezokeramik-Schichten.There are also known piezoelectric transducers (DE-OS 1 791 075), convert electrical energy into electrical energy. This is it However, not about elongated bending elements, but to all sides expanding or contracting piezoceramic layers.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Wandler aufzuzeigen, bei dem mit einem möglichst einfachen Aufbau Spannungsimpulse umformbar sind.It is an object of the present invention to provide a piezoelectric To show converters in which voltage pulses are as simple as possible are formable.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an den genannten Teilen Vorrichtungen zum Anlegen und Abnehmen von elektrischen Signalen angeordnet sind und daß bei Anlegen eines Spannungssignals an das treibende Teil eine Auslenkung des treibenden und des getriebenen Teils erfolgt, so daß am getriebenen Teil ein Spannungsimpuls, der etwa die Form einer abklingenden e-Funktion hat, abnehmbar ist.This object is achieved according to the invention in that the the named parts devices for applying and removing electrical signals are arranged and that when a voltage signal is applied to the driving part a deflection of the driving and the driven part takes place, so that on the driven Part of a voltage pulse, which has roughly the shape of a decaying exponential function, can be removed is.

Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß selbst bei einem unsauberen Eingangsimpuls - zum Beispiel mit abgerundeten Flanken - ein sauberes sekundäres Signal erhältlich ist, das sich durch weitere nachzuschaltende Anordnungen in ein einwandfreies Rechtecksignal umwandeln läßt.The advantage of such an arrangement is that even with an unclean input pulse - for example with rounded edges - a clean one Secondary signal is available, which can be obtained by further downstream arrangements can be converted into a perfect square wave signal.

Es ist zweckmäßig, daß die Vorrichtungen zum Anlegen und Abnehmen der elektrischen Spannungen durch auf die Biegeelemente aufgebrachte Elektroden gebildet sind.It is useful that the devices for putting on and taking off the electrical voltages caused by electrodes attached to the bending elements are formed.

da damit der Wirkungsgrad derartiger Wandler erhöht wird.since this increases the efficiency of such converters.

Ist eine völlige galvanische Trennung von Eins und Ausgangssignal erwünscht, ist es vorteilhaft, wenn die aneinander angrenzenden Elektroden durch eine Isolierschicht getrennt sind.Is a complete galvanic separation of one and the output signal If desired, it is advantageous if the adjacent electrodes through an insulating layer are separated.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Biegeelemente entgegengesetzt polarisiert sind.It is also useful if the bending elements are opposite are polarized.

Um den Wandler von die Biegung nicht unterstützenden Kräften frei zu halten, ist es zweckmäßig, wenn der Wandler lediglich über die Anschlußdrähte und somit annähernd reibungsfrei gelagert ist.To free the transducer from forces that do not support the bending to keep, it is useful if the converter only has the connecting wires and is therefore mounted almost without friction.

Es ist jedoch auch möglich, den Wandler einseitig eingespannt zu lagern.However, it is also possible to mount the converter clamped on one side.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Aufbau des Wandlers im Querschnitt, Fig. 2 die Funktionsweise eines beschalteten Wandlers, Fig. 3 eine Anwendung-des Wandlers in einer Impulsübertragereinrichtung.The invention is explained in more detail below with reference to three figures. They show: FIG. 1 the structure of the transducer in cross section, FIG. 2 the mode of operation a wired converter, FIG. 3 shows an application of the converter in a pulse transmission device.

In Fig. 1 ist ein piezoelektrischer Wandler schematisch dargestellt. Die Biegeelemente in Form von Piezokeramikstreifen 1, 2 sind beidseitig mit je einer elektrisch leitfähigen Schicht 3, 4 und 5, 6 versehen, an die elektrische Zuleitungen 7, 8 und 9, 10 angeschlossen sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten 4, 5 sind durch eine Isolierschicht 11 galvanisch voneinander getrennt.In Fig. 1, a piezoelectric transducer is shown schematically. The bending elements in the form of piezoceramic strips 1, 2 are each with one on both sides electrically conductive layer 3, 4 and 5, 6 provided to the electrical leads 7, 8 and 9, 10 are connected. The electrically conductive layers 4, 5 are galvanically separated from one another by an insulating layer 11.

Die Fig. 2 zeigt die Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 1. Die Isolationsschicht 11 ist jedoch nicht vorhanden. Die übrigen Teile sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.FIG. 2 shows the mode of operation of the arrangement according to FIG. 1. The However, there is no insulation layer 11. The remaining parts are with the provided with the same reference numerals.

Wird an die elektrisch leitfähigen Schichten 3, 4 ein Spannungsimpuls U angelegt, so verformt sich der Streifen 1, indem er sich um A11 längt. Der Streifen 1 widersetzt sich jedoch der Längung, so daß sich der Gesamtverbund längt und damit verbiegt. Da-bei diesem Vorgang infolge mechanischer Spannungen sich der Streifen 2 auch längt (al,), entsteht dort zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten eine elektrische Spannung Up.If a voltage pulse is applied to the electrically conductive layers 3, 4 U is applied, the strip 1 is deformed by elongating by A11. The stripe 1, however, resists the elongation, so that the overall composite elongates and thus bends. During this process, as a result of mechanical stresses, the strip 2 also lengthens (al,), arises there between the electrically conductive layers an electrical voltage Up.

Eine Anwendung des Wandlers nach der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt, die eine Impulsübertragungseinrichtung darstellt.An application of the converter according to the invention is shown in Fig. 3, which represents a pulse transmission device.

Der Wandler ist entsprechend Fig. 1 aufgebaut und primärseitig mit seinen elektrisch leitfähigen Schichten 12, 13 über einen Schalter S an eine Gleichspannungsquelle Us angeschlossen. Die sekundärseitigen Schichten 14, 15 stehen mit einer Operationsverstärkergruppe 16 über die Vorwiderstände Rv in Verbindung.The converter is constructed in accordance with FIG. 1 and is also on the primary side its electrically conductive layers 12, 13 via a switch S to a DC voltage source Us connected. The secondary-side layers 14, 15 are connected to an operational amplifier group 16 via the series resistors Rv in connection.

Die Darstellung der verschiedenen Spannungen Us, Up und UE zeigt, daß durch den Operationsverstärker 16 der primärseitige Spannungsimpuls U5 über die Piezospannung Up wieder in einen Gleichspannungsimpuls UE zurückgewandelt wird.The representation of the various voltages Us, Up and UE shows that through the operational amplifier 16 of the primary-side voltage pulse U5 over the piezo voltage Up is converted back into a DC voltage pulse UE.

6 Patentansprüche / 3 Figuren6 claims / 3 figures

Claims

Claims rX 1.) Piezoelectric transducer with elongated Bending elements made of piezoelectric material, consisting of a driving and a driven part exist and are firmly connected to each other, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t S that devices for Applying and removing electrical signals are arranged and that when applying a voltage signal to the driving part a deflection of the driving and of the driven part takes place, so that a voltage pulse on the driven part, the roughly in the form of a decaying exponential function, is removable.

2, piezoelectric transducer according to claim 1, d a -d u r c h g e k It is noted that the devices for putting on and taking off the electrical Stresses caused by electrodes (3, 4, 5, 6) are formed.

3. Piezoelectric transducer according to claim 2, d a -d u r c h g e k It is noted that the adjacent electrodes are covered by an insulating layer (11) are separate.

4. Piezoelectric transducer according to claim 1, d a -d u r c h g e k It is noted that the bending elements (1, 2) polarize in opposite directions are.

5. Piezoelectric transducer according to claim 1, d a -d u r c h g e k It is noted that the converter is only connected to the connecting wires (7, 8, 9, 10) and is therefore mounted almost without friction.

6. Piezoelectric transducer according to claim 1, d a -d u r c h g e k It is noted that the converter is mounted clamped on one side.