发明名称 压电变压器和滤波器及换能器装置
摘要 本发明揭示一种创新之压电变压器分析观点,其以力学特性为基本,整合压电变压器电力特性而建立理论分析模型,并首度提出由力学特性观点出发,以分析压电变压器。力学出发之分析观点能跳脱传统等效电路分析方法仅能针对特定电极型式、特定模态做特性探讨之限制,可对各式电极型式、各个模态,一次求解压电变压器之整体特性,并能处理压电变压器升压比对驱动部长度比a等最佳化之问题。
申请公布号 TW474040 申请公布日期 2002.01.21
申请号 TW089115305 申请日期 2000.07.31
申请人 李世光 发明人 李世光;萧文欣;许聿翔;谢志文
分类号 H01L41/107 主分类号 H01L41/107
代理机构 代理人 李忠雄 台北巿敦化北路一六八号十五楼
主权项 2.一种压电变压器装置,具有一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电变压器共振时模态形状之积分,其中压电变压器为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极之形状系依据该电极形状函数而制作成形,并于压电板体上形成有效表面电极涂布,使该压电变压器具单一操作模态。3.如申请专利范围第2项之压电变压器装置,其中该电极形状函数系为一三角函数。4.如申请专利范围第2项之压电变压器装置,其中该电极形状函数系为一正弦函数。5.如申请专利范围第2项之压电变压器装置,其中该电极形状函数系为一余弦函数。6.如申请专利范围第3项之压电变压器装置,其中该准模态致动器系为侧边驱动型式。7.如申请专利范围第3项之压电变压器装置,其中该准模态致动器系为中央驱动型式。8.如申请专利范围第3项之压电变压器装置,其具有准模态致动器与均布致动器合体构成致动器。9.如申请专利范围第3项之压电变压器装置,具有纯模态致动器,其讯号取出部包含有多层堆叠的积层构造。10.一种压电变压器装置,具有一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电变压器共振时模态形状之积分,其中压电变压器为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极之形状系依据该电极形状函数而制作成形,并于压电板体上形成有效表面电极涂布,使该压电变压器具单一操作模态,其具有准模态致动器与均布致动器合体构成致动器。11.一种压电变压器装置,具有一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电变压器共振时模态形状之积分,其中压电变压器为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极之形状系依据该电极形状函数而制作成形,并于压电板体上形成有效表面电极涂布,使该压电变压器具单一操作模态,其具有纯模态致动器,其讯号取出部包含有多层堆叠的积层构造。12.一种压电换能装置,具有长条形一维本体之一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电换能装置共振时模态形状之积分,其中压电换能装置为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极形状于压电板体上之有效表面电极涂布,使该压电换能装置具单一操作模态。13.一种压电变压器装置,具有长条形一维本体之一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电换能装置共振时模态形状之积分,其中压电变压器装置为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极形状于压电板体上之有效表面电极涂布,使该压电变压器装置具单一操作模态。14.一种压电换能装置,具有二维本体之一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电换能装置共振时模态形状之积分,其中压电换能装置为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极形状于压电板体上之有效表面电极涂布,使该压电换能装置具单一操作模态。15.一种压电变压器装置,具有二维本体之一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电变压器共振时模态形状之积分,其中压电变压器为为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极之形状系依据该电极形状函数而制作成形,并于压电板体上形成有效表面电极涂布,使该压电变压器具单一操作模态。16.一种压电变压器装置,具有圆碟片形二维本体之一压电板体,与一准模态致动器,该致动器电极形状系为压电变压器共振时模态形状之积分,其中压电变压器为为具有正交特性之一完整力学结构,其整体控制方程式,在其边界条件之下利用特征函数展开求解,以获得电极形状函数,其中该电极之形状系依据该电极形状函数而制作成形,并于压电板体上形成有效表面电极涂布,使该压电变压器具单一操作模态。图式简单说明:图1为一示意图,其显示侧面电极压电板之参数定义及材料方向定义;图2显示侧面电极压电板之等效电路;图3为一示意图,其显示端面电极压电板之参数定义及材料方向定义;图4显示端面电极压电板之等效电路;图5显示考虑阻尼后之端面电极压电板之等效电路;图6显示一诺顿等效电路;图7为Rosen型压电变压器之等效电路;图8为Rosen型压电变压器套用了简化假设后之等效电路;图9为Rosen型压电变压器第一共振频率附近之简化等效电路;图10(a)为RLC串联之共振型式区块化等效电路;图10(b)为RLC并联之共振型式区块化等效电路;图11为Rosen型压电变压器第二共振频率附近之简化等效电路;图12为Rosen型压电变压器第二共振频率附近之进化版的简化等效电路;图13为Rosen型压电变压器第二共振频率的简化等效电路;图14(a)为压电变压器于共振时应变应力模式之第二共振模态;图14(b)为压电变压器于共振时应变应力模式之第一共振模态;图15(a)为Rosen型压电变压器第二共振频率之简化等效电路,其输入部份;图15(b)为Rosen型压电变压器第二共振频率之简化等效电路,其输出入部份;图16为Rosen型压电变压器第二共振频率之简化等效电路的最简化版本;图17为Rosen型压电变压器第二共振频率之输入阻抗分析等效电路;图18为Rosen型压电变压器第二共振频率之输出阻抗分析等效电路;图19为侧边驱动第一准模态致动器于压电变压器上电极形状之示意图;图20为侧边驱动第一准模态致动器之压电变压器极化示意图;图21显示指定工作模态i=1下,准模态与均布致动器驱动压电变压器之指定工作模态驱动因子r1与驱动部长度比之关系;图22显示指定工作模态i=2下,准模态与均布致动器驱动压电变压器之指定工作模态驱动因子r2与驱动部长度比之关系;图23(a)显示侧边驱动型式下,指定工作模态i=1.驱动部长度比为0.5,准模态与均布致动器驱动压电变压器之模态驱动因子ri在不同模态i之値;图23(b)显示中央驱动型式下,指定工作模态i=1.驱动部长度比为0.5,准模态与均布致动器驱动压电变压器之模态驱动因子ri在不同模态i之値;图24(a)显示侧边驱动型式下,指定工作模态i=2.驱动部长度比为0.5,准模态与均布致动器驱动压电变压之模态驱动因子ri在不同模态i之値;图24(b)显示中央驱动型式下,指定工作模态i=2.驱动部长度比为0.5,准模态与均布致动器驱动压电变压器之模态驱动因子ri在不同模态i之値;图25为侧边驱动第二准模态致动器于压电变压器上电极形状之示意图;图26为侧边驱动第二准模态致动器之压电变压器极化示意图,其中箭头方向为极化方向;图27为中央驱动第一准模态致动器于压电变压器上电极形状示意图,其中为驱动部占等效全长之百分比;图28为中央驱动第一准模态致动器之压电变压器极化示意图,其中箭头方向为极化方向;图29为中央驱动第二准模态致动器于压电变压器上电极形状示意图,其中为驱动部占等效全长之百分比;图30为中央驱动第二准模态致动器之压电变压器极化示意图,其中箭头方向为极化方向;图31为侧边驱动型式压电变压器之第一与第二工作模态感应因子Si之绝对値与驱动部长度比之关系图;图32为中央驱动型式压电变压器之第一与第二工作模态感应因子Si与驱动部长度比之关系图;图33显示不同驱动型式及电极形状函数之模态增益因子g1之绝对値在第一工作模态、输出开路下,对驱动部长度比之关系;图34显示不同驱动型式及电极形状函数之模态增益因子g2之绝对値在第二工作模态、输出开路下,对驱动部长度比之关系;图35(a)显示高通滤波器之中,增益对频率关系图;图35(b)显示高通滤波器之中,相位对频率关系图;图36(a)显示压电感应子电荷模式输出特性之等效电路;图36(b)显示压电感应子电压模式输出特性之等效电路;图37(a)显示电荷放大器做为简单的压电感应子之介面电路;图37(b)显示电流放大器做为简单的压电感应子之介面电路;图37(c)显示)转阻放大器做为简单的压电感应子之介面电路;图38显示准模态致动与均布致动合体之压电变压器电极形状示意图;图39显示模态致动压电变压器电极形状示意图;与图40显示Rosen型压电变压器实际点亮冷阴极管之运作情况。
地址 台北巿敦化北路一六五巷三号六楼