твердотельный разрядник

Формула изобретения

Твердотельный разрядник, включающий металлоксидный варистор, отличающийся тем, что он содержит конденсатор с диэлектриком из сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом и пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь, варистор и конденсатор электрически соединены параллельно, а механоэлектрический преобразователь и конденсатор механически соединены последовательно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам подачи сигналов тревоги и может быть использовано в интегрированных системах безопасности.

Известны разрядники с искровым промежутком [1]. Предназначенные для защиты электрических линий, машин и приборов от перенапряжений, известные устройства обладают недостаточной энергопоглощающей способностью.

Известны варисторы - полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения [2]. Известные варисторы на основе карбида кремния дешевы, но имеют недостаточно высокий коэффициент нелинейности, что ограничивает область их применения в качестве защитных разрядников.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является твердотельный разрядник на основе металлоксидного варистора, обладающего высоким коэффициентом нелинейности [3]. Известное устройство обладает высокой энергопоглощающей способностью и используется для защиты элементов и устройств радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Однако, кроме указанных источников перенапряжений, существуют области аномальной поляризации пространства, создающие нежелательные режимы работы радиоэлектронной аппаратуры [4]. При высокой степени поляризации эти области проявляют себя в виде шаровых молний и торнадо с их разрушительными последствиями [5] . Но и так называемые "слабые" аномальные явления, не обнаруживаемые в видимом диапазоне электромагнитных волн, способны создать электрические и механические повреждения и сильные помехи в работе радиоэлектронной аппаратуры. Известный твердотельный разрядник не способен служить устройством защиты от воздействия области пространства с аномальной поляризацией.

Заявляемый в качестве изобретения твердотельный разрядник позволяет получать информацию о наличии области аномальной поляризации пространства и величине ее поляризованности, а также снижать потенциальную опасность этой области для защищаемого объекта.

Указанный технический эффект достигается тем, что твердотельный разрядник, включающий металлоксидный варистор, содержит конденсатор с диэлектриком из сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом и пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь. Варистор и конденсатор электрически соединены параллельно, а механоэлектрический преобразователь и конденсатор механически соединены последовательно.

Создание твердотельного разрядника стало возможным благодаря новой совокупности конструктивных элементов, наличию связей между ними и выбору материала, из которого выполнен новый узел.

Введение в состав устройства конденсатора из весьма плотного вещества позволяет получить значительный связанный поляризационный электрический заряд [4, с. 151]. Параллельное электрическое соединение варистора и конденсатора приводит к циклическому разряду конденсатора и преобразованию электрической энергии в тепловую, которая рассеивается в окружающем пространстве. Тем самым производится циклическая деполяризация аномально поляризованной области пространства.

Выбор сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом [6] в качестве диэлектрика конденсатора позволяет совместить в новом узле различные функции: во-первых, осуществить эффективное накопление электрической энергии за счет высокой диэлектрической проницаемости и, во-вторых, осуществить электромеханическое преобразование энергии за счет значительного электрострикционного эффекта.

Механический импульс, возникающий при разряде конденсатора, преобразуется присоединенным пьезоэлектрическим механоэлектрическим преобразователем в сигнал тревоги, поступающий на вход интегрированной системы безопасности, которая, например, принимает решение об изменении режима работы или об изменении пространственной конфигурации защищаемой информационной системы. Таким образом достигается основной технический эффект изобретения - защита от аномально поляризованной области пространства.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежом. На чертеже изображен общий вид твердотельного разрядника.

Твердотельный разрядник содержит металлический корпус 1, металлоксидный варистор 2, конденсатор 3 с диэлектриком из сегнетоэлектрической керамики с размытым фазовым переходом, например - из твердого раствора магнониобата-титаната свинца, пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь 4, состоящий из пьезоэлементов 5 и 6, и электрический разъем 7. Крышка корпуса снабжена радиатором 8. Полость устройства 9 заполнена элегазом (шестифтористой серой).

Выход механоэлектрического преобразователя 4 подключен к панели управления 10 интегрированной системы безопасности. Твердотельный разрядник жестко закреплен на стойке 11, содержащей радиоэлектронную аппаратуру защищаемой информационной системы. Твердотельные разрядники размещены также по периметру защищаемой системы.

В данном варианте устройства варистор 2 механически расположен последовательно с конденсатором 3, что решает проблему изоляции электрода конденсатора 3, находящегося под высоким напряжением. В других вариантах варистор 2 может быть расположен без механического соединения с конденсатором 3, и даже вне корпуса 1, с электрическим соединением при помощи высоковольтного кабеля (так называемый сплит-вариант). Применение сплит-варианта целесообразно в случае большой вероятности появления сильно поляризованных областей. Расположенный в отдельном корпусе варистор может быть выполнен с особо большой мощностью рассеивания и с оптимальными условиями охлаждения.

В данном варианте устройства пьезоэлектрический механоэлектрический преобразователь 4 содержит два пьезоэлемента: 5 и 6 (направление поляризации пьезокерамики указано стрелками). Этим решается проблема изоляции выходного электрода. В других вариантах преобразователь 4 может содержать один пьезоэлемент (с изолятором) или представлять собой многослойную структуру. Выбор варианта определяется условиями согласования с панелью управления 10.

Твердотельный разрядник работает следующим образом. При приближении области пространства с аномальной поляризацией степень поляризованности в месте установки твердотельного разрядника начинает увеличиваться. При этом увеличивается электрическое напряжение на параллельно соединенных конденсаторе 3 и варисторе 2.

При достижении порогового напряжения варистора 2 происходит разряд конденсатора 3. Электрическая энергия, запасенная в конденсаторе 3, преобразуется в тепловую энергию, которая через элегаз, заполняющий полость 9, корпус 1 и радиатор 8 рассеивается в окружающем пространстве.

Разряд конденсатора 3 вследствие электрострикционного эффекта сопровождается механическим импульсом, который преобразуется пьезоэлектрическим механоэлектрическим преобразователем 4 в импульс электрического напряжения, представляющий собой сигнал тревоги в интегрированной системе безопасности.

После разряда конденсатора 3 начинается новый цикл работы устройства. Происходит циклическая деполяризация поляризованной области. Частота выходных сигналов разрядника пропорциональна величине поляризованности пространства в месте расположения устройства.

Предложенный твердотельный разрядник посредством циклической деполяризации обеспечивает квазиустановившееся поляризационное состояние области пространства, чем повышает надежность работы радиоэлектронной аппаратуры в системах обработки и передачи информации. Предложенное устройство путем преобразования энергии аномально поляризованной области пространства в тепловую энергию препятствует процессу образования сильно поляризованных объектов, типа шаровой молнии.

Источники информации:

1. Техника высоких напряжений. Под ред. Костенко В.М. - М.: Высшая школа, 1973, с. 513-520.

2. Пасынков В. В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1987, с. 414-420.

3. Квасков В.Б. Полупроводниковые приборы с биполярной проводимостью. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 93-98.

4. Дятлов В.Л. Поляризационная модель неоднородного физического вакуума. - Новосибирск: Изд. Инст. мат., 1998, с. 13-42, 95-99, 148-151.

5. Меркулов В.И. Электрогравидинамическая модель НЛО, торнадо и тропического урагана. - Новосибирск: Изд. Инст. мат., 1998, 69 с.

6. Веневцев Ю.Н. и др. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики семейства титаната бария. -М.: Химия, 1985, с. 159-166.