импульс 70-100В на пьезоэлементе Опции

[timebox]

Зравствуйте! Поставили задачу генерирования ультразвукового импульса на пьезоэлементе. Для этого, как я понял, необходимо к пьезоэлементу приложить импульс 1-4 мкс напряжением 70-100В, чтобы он выдал уз колебание, которое пойдёт по магнитострикционному проводу. Питаться должно это от 12 В. Подскажите пожалуйста, каким способом можно повысить напряжение и вообще запустить ультразвуковой импульс пьезоэлементом?

[kovigor]

Зравствуйте! Поставили задачу генерирования ультразвукового импульса на пьезоэлементе. Для этого, как я понял, необходимо к пьезоэлементу приложить импульс 1-4 мкс напряжением 70-100В, чтобы он выдал уз колебание, которое пойдёт по магнитострикционному проводу. Питаться должно это от 12 В. Подскажите пожалуйста, каким способом можно повысить напряжение и вообще запустить ультразвуковой импульс пьезоэлементом?

Самое простое, наверное, это катушка. При размыкании тока в ней на ее зажимах будет наблюдаться мощный выброс за счет самоиндукции. Дальше - расчеты, сколько энергии в таком импульсе выделится и какая катушка вам нужна ...

P.S. А вообще, полистайте Хоровица и Хилла, там есть схема возбуждения пьезоэлемента, но не одиночным импульсом, а сигналом с генератора прямоугольных импульсов.

[nicom]

... к пьезоэлементу приложить импульс ... чтобы он выдал уз колебание, которое пойдёт по магнитострикционному проводу. ..

Уточните, пожалуйста...
На мой взгляд это несколько разные способы молучения механических движений...


...в дополнение ... пьезоэлемент часто "раскачивают" пачкой импульсов, и часто с обратной связью от самого элемента...
А мощный одиночный импульс может разрушить пьезоэлемент.
Обязательно обратите внимание на максимально-допустимую скорость изменения напряжения...

[AlexeyW]

Если уместна катушка, то уместен и трансформатор. А дальше уже вопрос требуемых параметров - частота, амплитуда, добротность.

[timebox]

Уточните, пожалуйста...
На мой взгляд это несколько разные способы молучения механических движений...

Делается примерно следующее патент. Это задание на диплом, а как это реализовать даже не представляю. То есть в обработке сигнала проблем быть не должно, но как сделать генератор наподобие того, что в патенте, причём чтобы он питался ещё от 12 В...

Ну или по другому: Как запускают пьезоэлемент в дефектоскопах? Принцип то тот же - выдача короткого импульса ультразвука

[HardEgor]

Ну или по другому: Как запускают пьезоэлемент в дефектоскопах? Принцип то тот же - выдача короткого импульса ультразвука

Делается boost повышающий до 200В(или сколько тебе надо), потом вольты подаешь на последовательную цепочку резистор-конденсатор-пьезик-общий. ставишь мосфет параллельно конденсатор-пьезик.
Открыл мосфет, закрыл мосфет -получил импульс. Надеюсь номиналы сам посчитаешь?

Сообщение отредактировал HardEgor - Apr 16 2013, 05:42

[timebox]

А по-подробнее можно где это может быть написано? Вообще в этом толком не разбираюсь..

[HardEgor]

А по-подробнее можно где это может быть написано? Вообще в этом толком не разбираюсь..

Мгм, учебники по ОТЦ(основы теории цепей) и ТОЭ(теоретические основы электроники) тебе в помощь, ну еще надо понимать и знать как работает ультразвуковой излучателью.

[AndreyVN]

Зравствуйте! Поставили задачу генерирования ультразвукового импульса на пьезоэлементе. Для этого, как я понял, необходимо к пьезоэлементу приложить импульс 1-4 мкс напряжением 70-100В, чтобы он выдал уз колебание, которое пойдёт по магнитострикционному проводу. Питаться должно это от 12 В. Подскажите пожалуйста, каким способом можно повысить напряжение и вообще запустить ультразвуковой импульс пьезоэлементом?

Вот вариант решения "в лоб" с высоковольтными фото-транзисторами в цепи управления.
 HighVoltageAmp.pdf ( 235.88 килобайт ) Кол-во скачиваний: 425

[Myron]

Вот вариант решения "в лоб" с высоковольтными фото-транзисторами в цепи управления.
 HighVoltageAmp.pdf ( 235.88 килобайт ) Кол-во скачиваний: 425

Уважаемый AndreyVN, а где бы найти ПТЭ в электронном виде?

[HardEgor]

Уважаемый AndreyVN, а где бы найти ПТЭ в электронном виде?

ПТЭ после регистрации скачиваются на elibrary.ru

[timebox]

Вот вариант решения "в лоб" с высоковольтными фото-транзисторами в цепи управления.

Если я правильно понял, это не совсем то. У меня одно питающее напряжение +12 В. Его надо преобразовать в 70-100 В

[AndreyVN]

ПТЭ после регистрации скачиваются на elibrary.ru

elibrary.ru - платный ресурс, у Вас, наверное, корпоративный доступ.
Бесплатно доступны только содержания журналов.

Если я правильно понял, это не совсем то. У меня одно питающее напряжение +12 В. Его надо преобразовать в 70-100 В

Преобразовать 12 в 100 В задача на два порядка более простая, чем обеспечить высокочастотное управление емкостной нагрузкой (пьезокерамикой).

Уважаемый AndreyVN, а где бы найти ПТЭ в электронном виде?

Если HardEgor не научит нас как обойти плату за пользование elibrary.ru, смогу поделиться подборкой, скаченной с какого-то торрента:

PTE-1991-01.djvu
PTE-1991-03.djvu
PTE-1991-04.djvu
PTE-1991-05.djvu
PTE-1998-04.djvu
PTE-1998-05.djvu
PTE-1998-06.djvu
PTE-1999-01.djvu
PTE-1999-02.djvu
PTE-1999-03.djvu
PTE-1999-04.djvu
PTE-1999-05.djvu
PTE-1999-06.djvu
PTE-2000-01.djvu
PTE-2000-02.djvu
PTE-2000-03.djvu
PTE-2000-04.djvu
PTE-2000-05.djvu
PTE-2001-01.djvu
PTE-2001-02.djvu
PTE-2001-03.djvu
PTE-2001-04.djvu
PTE-2001-05.djvu
PTE-2001-06.djvu
PTE-2002-01.djvu
PTE-2002-02.djvu
PTE-2002-03.djvu
PTE-2002-04.djvu
PTE-2002-05.djvu
PTE-2002-06.djvu
PTE-2005-01.djvu
PTE-2005-02.djvu
PTE-2005-03.djvu
PTE-2005-04.djvu
PTE-2005-05.djvu
PTE-2005-06.djvu
PTE-2006-01.djvu
PTE-2006-02.djvu
PTE-2006-03.djvu
PTE-2006-04.djvu
PTE-2006-05.djvu
PTE-2006-06.djvu

[HardEgor]

elibrary.ru - платный ресурс, у Вас, наверное, корпоративный доступ.
Бесплатно доступны только содержания журналов.

Там есть платные и бесплатные журналы. ПТЭ месяц назад бесплатно читал, может за это время чего и изменилось...

А по теме, скажу так, в запросе нет и 10% необходимой информации чтобы оперировать хоть какими-то цифрами для расчета УЗ-илучателя , тем более если топик-стартер не может найти банальную схему буста и рассчитать обычный ключ на полевом транзисторе, то придется для начала писать полноценные лекции по вышеперечисленным предметам.
Кстати, самое сложное там будет привязать электронный сигнал к механической системе, а схема это так мелочёвка.
Могу посоветовать только книжки,
по источникам питания
Семенов Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов М.:СОЛОН-Р 2001
Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование. К.:"МК-Пресс" 2007
по УЗ-излучателям
Шарапов В. М.; Мусиенко М. П.; Шарапова Е. В. Пьезоэлектрические датчики М.:Техносфера 2006 серия Мир электроники

Сообщение отредактировал HardEgor - Apr 16 2013, 16:57

[timebox]

в запросе нет и 10% необходимой информации чтобы оперировать хоть какими-то цифрами для расчета УЗ-илучателя

всё, что у меня есть - это патент, на который нужно опираться. А больше никакой информации у меня нет( Я даже не знаю откуда начать поиски, кучу книг по дефектоскопии уже просмотрел на наличие схем генераторов зондирующих импульсов, но кроме двух схем, с непонятно какими параметрами, ничего не могу найти. Это тема диплома, а как вы правильно сказали

топик-стартер не может найти банальную схему буста и рассчитать обычный ключ на полевом транзисторе

Поэтому и прошу у Вас помощи, чтобы знать хотя бы что и где искать и как это реализовать

[AndreyVN]

всё, что у меня есть - это патент, на который нужно опираться.

Вот и правильно, нужно сосредоточиться на сути работы. Берите внешний источник 70-100В, щелкайте им по пьезокерамике, измеряйте, какой процент акустической мощности пощел на пользу и т.п.
А уж когда (если) все заработает, можно поискать преобразователь 12В-100В требуемой мощности.

Там есть платные и бесплатные журналы. ПТЭ месяц назад бесплатно читал, может за это время чего и изменилось...

ПТЭ в списке бесплатных отсутствует а при попытке считать статью получаем вот что:

[HardEgor]

всё, что у меня есть - это патент, на который нужно опираться. А больше никакой информации у меня нет( Я даже не знаю откуда начать поиски, кучу книг по дефектоскопии уже просмотрел на наличие схем генераторов зондирующих импульсов, но кроме двух схем, с непонятно какими параметрами, ничего не могу найти. Это тема диплома, а как вы правильно сказали
Поэтому и прошу у Вас помощи, чтобы знать хотя бы что и где искать и как это реализовать

А откуда взялись цифры про 100 вольт и сколько-то там микросекунд?
У тебя всё должно быть завязано на задачу и УЗ-илучатель. От него и надо плясать. Он имеет какую-то емкость, в которую надо качнуть импульсом энергию, чтобы на волноводе появился механический импульс нужных параметров. А какой длительности механический импульс надо получить? От этого будут зависеть параметры излучателя. Дальше с какой частотой надо качать импульсы? Учти что после импульса в пьезике еще будут затухающие колебания.

Кстати, а излучатель вообще есть в наличии или тоже надо придумать?

От емкости будет зависеть мощность ключа и его схема. От частоты импульсов будет зависеть мощность преобразователя 100В.
Если например резонансная частота пьезика подойдёт для необходимой ширины импульса - тогда можно качать индуктивностью как тут предалагали, если нет - тогда надо городить управляемые ключи, смотри например http://www.supertex.com

ПТЭ в списке бесплатных отсутствует а при попытке считать статью получаем вот что:

Да, извиняюсь что ввел в заблуждение. Из института нормальный доступ, а из дома только оглавления.

Сообщение отредактировал HardEgor - Apr 17 2013, 05:35

[timebox]

А откуда взялись цифры про 100 вольт и сколько-то там микросекунд?

От руководителя по диплому... Но это только цифры, которые он мне назвал. А вообще, стоит задача сделать магнитострикционный уровнемер, основываясь на том патенте при питании всего этого от 12В.. Больше никаких цифр в условиях нету... При этом про работу и запуск пьезопреобразователей для таких целей я никогда не читал, схему повышающего преобразователя я видел только без расчётов, и как всё это должно работать не имею никакого представления(

[HardEgor]

Этих цифр тебе не хватит, нужна еще емкость пьезоэлемента и его резонансная частота.
Либо ты трясешь их с руководителя, либо измеряешь(можно и рассчитать) сам по имеющемуся пьезоэлементу.
А если вообще ничего нет, а только измышления руководителя, тогда тебе надо считать, начиная от измерительной системы, её чуствительности и механических параметров, отсюда получаешь параметры волны в волноводе и размеры волновода, дальше под них рассчитываешь пьезоэлемент, подходящие размеры и материалы возьмешь с сайтов российских поставщиков(их два крупных http://www.elpapiezo.ru/ и http://www.avrora-elma.ru/), и только потом считаешь схему.

Сообщение отредактировал HardEgor - Apr 17 2013, 07:00

[timebox]

Емкость мерили - 14,2 нФ, материал цтс-19, диск диаметром 48 мм и толщиной 1,2 мм

[kovigor]

магнитострикционный

Ну и при чем тут пьезик ????????
Вот книжка, рекомендую ознакомиться:
http://www.umup.narod.ru/603_1.html

[HardEgor]

О! Вот и емкость нашлась При такой толщине частота пьезоэлемента будет порядка f=1 МГц.
Теперь оценим энергию импульса E1=CU^2/2
Период автоколебаний будет порядка T=1/f=1мкс, как тебе и надо. Если накачивать его индуктивностью, то условие равенства передачи энергии возьмем из LC-контура f=1/2*Pi*SQRT(L*C), отсюда получим необходимую индуктивность.
Схема как обычный повышающий преобразователь: ключ открывается - индуктивность накапливает энергию, ключик закрывается - индуктивность сливает энергию через диод в пьезоэлемент, а дальше он сам колебается пока не затухнет.
Пиковый ток ключа получим из равенства передачи знергий Е1=E2=LI^2/2
Естественно будут какие-то потери везде, их надо оценить и брать запас.
Еще надо знать с какой частотой мы будем выдавать импульсы, тогда узнаем общую мощность потребного источника питания, ключа и т.д. W=E*F
Но это всё так, в первом приближении, возможно схема не очень реализуема, и тогда придётся вначале поднять напряжение, а потом отдельным ключом подключать пьезоэлемент.
Дальше сам считай.

Ну и при чем тут пьезик ????????
Вот книжка, рекомендую ознакомиться:
http://www.umup.narod.ru/603_1.html

И что? Увидел знакомое слово?

Сообщение отредактировал HardEgor - Apr 17 2013, 15:05

[AndreyVN]

подходящие размеры и материалы возьмешь с сайтов российских поставщиков(их два крупных http://www.elpapiezo.ru/ и http://www.avrora-elma.ru/), и только потом считаешь схему.

Аврора, это в моем городе, только сдохла она, как и прочее военное производство. Так что, на их продукцию особенно не рассчитывайте.

Вот кое-что из бывшей продукции Авроры. Чашки использовались для УЗ ингаляторов, колечки нанизывались на стержень, диск куда-нибудь приклеивался, а вот брусочки для чего предназначены, никто не знает?

[Белый дед]

>брусочки для чего предназначены
Для микропозиционеров возможно.

[AndreyVN]

>брусочки для чего предназначены
Для микропозиционеров возможно.

Скорее, для весов, слишком массивное изделие.

[timebox]

всем спасибо за ответы. При построении бустера возникли два совсем банальных вопроса: в Семёнове хороший расчёт, но как быть если заряжается только емкость, то есть активная мощность не потребляется, а там с этого начинается и расчёт, что впринципе и логично, что номиналы выбираются изходя из допустимых пульсаций напряжения на выходе и тока потребления. И второй вопрос: как рассчитать и подобрать полевой транзистор в ключевом режиме зная пропускаемый ток через него и прикладываемое напряжение? Перечитал несколько книг по полевикам, более менее понятно написано было в "исскустве схемотехники", но как такового расчёта транзисторного ключа там не приводится, а хочется что нибудь простое как для биполярных ключей, наподобие этого ссылка

[HardEgor]

Первый вопрос не очень непонятен, что хотел спросить?
Тебе не нужно пользоваться расчетом бустера, нужно понять как он работает, и тогда сразу поймешь как работает твоя схема(если конечно используешь схему с прямой накачкой пьезоэлемента индуктивностью).
А если бы ты понимал, то вообще не писал бы таких вопросов. Кстати буст имеет варианты с разрывными токами и без, тебе нужно с разрывными токами.
По второму вопросу у Семёнова в книге всё есть, для углубления можно почитать application notes by International Rectifier. Транзистор в первом приближении выбираешь по амплитуде выходного импульса + 50%, ток стока - пиковый ток дросселя. Скорее всего нужно ставить хороший драйвер MOSFET. Но пока не решишь первый вопрос, за второй можно и не браться. И нужно хорошо просчитать все потери, от этого будет зависеть напряжение амплитуды и необходимый ток.

Сообщение отредактировал HardEgor - Apr 21 2013, 06:31