Постановка задачи.
Пьезоэлектрический эффект– явление, характеризующее возникновение электрической поляризации (индукции) под действием механических напряжений или возникновение деформации под действием электрического поля в некоторых веществах (пьезокристаллах). Если пьезоэлектрическую пластину, вырезанную определенным образом, подвергнуть действию механических напряжений (сжатию, растяжению, сдвигу), то на ее поверхности появляются электрические заряды, обусловленные поляризацией, – это так называемый прямой пьезоэффект; при внесении такой пластинки в электрическое поле возникает ее деформация, линейно зависящая от напряженности электрического поля, – обратный пьезоэффект.
Механизм прямого пьезоэффекта объясняется возникновением или изменением дипольного момента элементарной ячейки кристаллической решетки в результате смещения зарядов под действием механических напряжений. При действии электрического поля на элементарные заряды в ячейке приходит их смещение и как следствие изменение средних расстояний между ними, т.е. деформация (обратный пьезоэффект).
Генератор для пьезоэлектрического преобразователя
Изобретение относится к области пьезоэлектрических преобразователей. Сущность: генератор содержит два трансформатора (11А, 11В), каждый из которых содержит первичную обмотку (L1) и вторичную обмотку (L2), и четыре выключателя (19А, 19В, 21А, 21В), приводимых в действие генератором сверхзвуковой частоты. Два (21А, 21В) из четырех выключателей соединяют поочередно вторичную обмотку каждого трансформатора с пьезоэлектрической нагрузкой (5). Два других выключателя (19А, 19В) соединяют поочередно две первичные обмотки с источником питания (17). При этом в течение первого полупериода, называемого «положительным полупериодом», первичная обмотка одного из указанных трансформаторов заряжается энергией, в то время как вторичная обмотка другого трансформатора отдает мощность на пьезоэлектрическую нагрузку. В течение второго полупериода, называемого «отрицательным полупериодом», вторичная обмотка одного трансформатора отдает мощность на пьезоэлектрическую нагрузку, в то время как первичная обмотка другого трансформатора заряжается энергией. Технический результат: обеспечение постоянства мощности в интервале изменения импеданса. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к генератору для питания пьезоэлектрического преобразователя и, в частности, к применению такового в стоматологии (в настоящей заявке выражение «пьезоэлектрический преобразователь» относится к любому пьезоэлектрическому прибору, который преобразовывает электрический сигнал в другое качество, а именно, отсюда следует, что пьезоэлектрический двигатель является частным случаем пьезоэлектрического преобразователя).
Уровень техники
Известно, что импеданс пьезоэлектрического преобразователя имеет тенденцию к существенному изменению в зависимости от условий эксплуатации, которым он подвергается. С одной стороны, импеданс пьезоэлектрического устройства достигает своего минимума при частоте, соответствующей резонансу напряжений, а с другой стороны, возрастание механической нагрузки вызывает возрастание импеданса. Эти вариации импеданса представляют собой определенные проблемы. Действительно, если преобразователь питается генератором типа «источник тока», то мощность, подаваемая на преобразователь, пропорциональна импедансу. Следовательно, мощность может бесконтрольно возрастать. Таким образом, если например, устройство применяется в стоматологии при удалении зубного камня, то есть вероятность повреждения зуба при снятии камня. С другой стороны, если преобразователь питается генератором типа «источник напряжения», то доставляемая мощность уменьшается по гиперболическому закону в соответствии с возрастанием импеданса. Таким образом, чем больше требуется механической работы, тем меньшей мощностью будет снабжать генератор; это далеко от идеала. Более того, при отсутствии механической нагрузки мощность, приложенная к преобразователю, бесконтрольно возрастает, что может привести к разрушению пьезоэлектрического инструмента.
В документе FR 2391001 предложено решение вышеупомянутой проблемы. Генератор для питания пьезоэлектрического преобразователя, описанный в данном документе, содержит трансформатор, первичная обмотка которого возбуждается генератором колебаний, а вторичная обмотка подключена к питанию преобразователя. Сам генератор колебаний питается одновременно генератором постоянного тока (источник тока) и генератором напряжения (источник напряжения). Предусмотрены средства, которые блокируют генератор напряжения до тех пор, пока импеданс нагрузки остается ниже, чем установленный порог и, наоборот, блокируют генератор тока до тех пор, пока импеданс нагрузки превышает установленный порог.
Фиг.1А, срисованная с вышеупомянутого документа, представляет собой график, показывающий подаваемую мощность Р в зависимости от импеданса Z преобразователя в случае минимальной мощности (кривая I), промежуточной мощности (кривая II) и максимальной мощности (кривая III). Если рассматривать кривую II, соответствующую промежуточной мощности, можно увидеть, что до тех пор, пока импеданс Z преобразователя ниже, чем базовый порог Zb, мощность Р, подаваемая на преобразователь, возрастает пропорционально импедансу. Если импеданс превышает порог, генератор постоянного тока блокируется, а генератор напряжения освобождается. С этого момента подаваемая мощность уменьшается по гиперболическому закону по мере возрастания импеданса.
Генератор питания пьезоэлектрического преобразователя, который был только что описан, имеет недостаток, заключающийся в том, что обеспечение максимальной мощностью осуществляется только для абсолютно точной величины импеданса преобразователя (в целом трапецеидальной формы кривых I и II, как показано на фиг.1А). Цель настоящего изобретения - создание генератора, подающего постоянную мощность в интервале изменения импеданса (как показано на первой кривой практически трапецеидальной формы на фиг.1В).
