×
17.02.2018
218.016.2bc3

Результат интеллектуальной деятельности: Радиоизотопный механо-электрический генератор

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к радиоизотопным механо-электрическим генераторам с пьезоэлектрическим кантилевером. Устройство включает отдельно расположенный радиоизотопный источник постоянного напряжения в виде плоскопараллельного конденсатора, одна обкладка которого, закрепленная на первой металлической плате и содержащая пленку радиоактивного изотопа, является эмиттером, а вторая коллектором. Также предусмотрено наличие расположенной вне зоны действия радиоактивного изотопа опоры из диэлектрического материала с выступающей из нее упругой балкой-кантилевером, являющейся пьезоэлектрическим преобразователем.. Балка-кантилевер выполнена из пьезоэлектрического монокристаллического материала с бидоменной структурой и содержит на поверхностях электроды пьезоэлектрического преобразователя, выполненные из тонкопленочного металлического покрытия, к которому присоединены выводы выходного напряжения. При этом один из электродов электрически соединен с коллектором, опора балки-кантилевера содержит сквозной проем, обеспечивающий возможность регулировки вылета балки, и металлические фиксаторы положения балки, являющиеся также контактами для электровыводов. Техническим результатом является расширение области применения за счет возможности подбора и регулировки частоты выходного переменного напряжения путем изменения длины свободной части балки-кантилевера в процессе сборки. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизотопным микромеханическим и микроэлектромеханическим устройствам и, в частности, к радиоизотопным механо-электрическим генераторам с пьезоэлектрическим кантилевером.

В настоящее время существуют все возрастающие потребности высокотехнологичных секторов экономики, таких как ядерная энергетика, авиакосмическая техника, нано- и микроэлектроника (в том числе МЭМС/НЭМС, МОЭМС/НОЭМС), биомедицина, специальная техника (в том числе системы безопасности и контроля), в необслуживаемых источниках энергообеспечения с длительным сроком эксплуатации. Вместе с тем наблюдается усиление тенденций по наращиванию присутствия в Арктике и освоения Сибири, для чего необходимо предусмотреть создание сети автономного навигационного оборудования, систем телеметрии и метеорологии, позволяющей производить онлайн-мониторинг широкого спектра параметров, а также позволяющей повысить точность позиционирования навигационной системы ГЛОНАСС в приполярных широтах. Разработка компактных необслуживаемых элементов питания повышенного срока службы способствует созданию существенного стратегического задела с возможностью занятия лидирующих мировых позиций в данной отрасли.

Известно устройство (US 6479920 B1, опубликован 12.11.2002), содержащее плату с закрепленным на ней пленочным источником β-излучения (эмиттер) и расположенный параллельно плате упругий кантилевер, один конец которого закреплен на опоре, причем на закрепленном конце кантилевера расположен пьезоэлектрический элемент с выводами выходного напряжения, а на свободном конце кантилевера расположен металлический абсорбер β-излучения (коллектор).

В этом устройстве коллектор собирает электроны, излучаемые источником β-излучения, а положительные заряды остаются в радиоактивном источнике. Результирующая электростатическая сила перемещает кантилевер в сторону источника. Когда расположенный на кантилевере коллектор касается эмиттера, заряды нейтрализуются и из-за упругости кантилевера он возвращается обратно в исходное положение. Затем этот цикл повторяется и кантилевер в этом устройстве является самовозвратным.

К недостаткам этого устройства относится то, что при работе генератора происходит изгиб свободного конца кантилевера на всем пути через зазор между коллектором и эмиттером, обеспечивающий короткое замыкание пары эмиттер-коллектор, что требует последующей зарядки коллектора, начиная от нулевого потенциального уровня. Кроме того, в этом устройстве электроны эмиттируются на изгибающийся кантилевер и по мере сближения коллектора с эмиттером эффективное электрическое поле между ними резко возрастает, что приводит к увеличению скорости ионизации молекул газа в зазоре эмиттер-коллектор и может привести к большим токам утечки.

Известно также устройство (US 0273244 A1, опубл. 29.11.2007) (прототип), в котором используется отдельно расположенный радиоизотопный источник постоянного напряжения в виде плоскопараллельного конденсатора, одна обкладка которого, содержащая пленку радиоактивного изотопа, является эмиттером, а вторая обкладка которого, являющаяся коллектором, выполнена из металла с высокой электропроводностью. Устройство содержит также расположенные вне зоны действия радиоактивного изотопа опору из диэлектрического материала с выступающей из нее упругой балкой-кантилевером, выполненной из металла или кремния, пьезоэлектрический преобразователь, электрически соединенный с коллектором и содержащий выводы выходного напряжения, металлическую плату, расположенную параллельно балке на некотором расстоянии от нее, электрически связанную с подложкой пленки радиоактивного изотопа и находящуюся под потенциалом эмиттера.

Собранный на коллекторе заряд распределяется между плоскопараллельным конденсатором эмиттер-коллектор и отдельно расположенным конденсатором с изменяющейся емкостью, который формируется в зазоре между балкой-кантилевером и металлической платой, расположенной параллельно балке-кантилеверу и находящейся под потенциалом эмиттера.

Конденсатор эмиттер-коллектор теряет заряд через ток смещения и ионизационные утечки, но увеличение расстояния между эмиттером и коллектором позволяет снизить электрическое поле в плоскопараллельном конденсаторе и ток ионизации может быть сведен к минимуму. В отдельно расположенном конденсаторе кантилевер - металлическая плата ток ионизации отсутствует.

Расположенная вне зоны действия радиоактивного изотопа балка-кантилевер постоянно находится под потенциалом коллектора, а металлическая плата, расположенная параллельно балке-кантилеверу на некотором расстоянии от нее, находится под потенциалом эмиттера. При самовозбуждении упругой балки-кантилевера имеет место ее изгиб в небольшой части зазора и происходит непрерывная вибрация балки-кантилевера, а пьезоэлектрическая сборка непрерывно генерирует переменное напряжение.

Недостатком этого устройства является невозможность подбора и регулировки периода колебания балки-кантилевера в процессе сборки устройства, который зависит как от упругости и сечения балки, так и от длины свободной части балки.

Техническим результатом является расширение области применения путем создания возможности подбора и регулировки изменять частоту выходного переменного напряжения за счет изменения длины свободной части балки-кантилевера в процессе сборки.

Это достигается тем, что в конструкции радиоизотопного механо-электрического генератора, включающей отдельно расположенный радиоизотопный источник постоянного напряжения в виде плоскопараллельного конденсатора, одна обкладка которого, закрепленная на металлической плате и содержащая пленку радиоактивного изотопа, является эмиттером, а вторая обкладка которого, являющаяся коллектором, выполнена из металла с высокой электропроводностью; включающей расположенные вне зоны действия радиоактивного изотопа опору из диэлектрического материала с выступающей из нее упругой балкой-кантилевером, пьезоэлектрический преобразователь, электрически соединенный с коллектором и содержащий выводы выходного напряжения, включающий металлическую плату, расположенную параллельно балке на некотором расстоянии от нее, электрически соединенную с металлической платой эмиттера и находящуюся под потенциалом эмиттера, в отличие от известного технического решения балка-кантилевер выполнена из пьезоэлектрического монокристаллического материала с бидоменной структурой, содержит на верхней поверхности тонкопленочное металлическое покрытие-электрод пьезоэлектрического преобразователя, а на нижней поверхности содержит трехслойное тонкопленочное покрытие, где первый слой, выполненный из металла, - электрод пьезоэлектрического преобразователя, второй слой - тонкопленочное диэлектрическое покрытие, третий слой, выполненный из металла, - потенциальный электрод балки-кантилевера, а опора балки-кантилевера, выполненная из диэлектрического материала, содержит сквозной проем, обеспечивающий возможность регулировки вылета балки, и содержит металлические фиксаторы положения балки, являющиеся также контактами для электровыводов и выводы выходного напряжения механо-электрического генератора от нижнего электрода кантилевера и верхнего электрода кантилевера через верхний металлический фиксатор.

Введение в конструкцию радиоизотопного механо-электрического генератора балки-кантилевера, выполненной из пьезоэлектрического монокристаллического материала с бидоменной структурой и содержащей на верхней и нижней поверхностях систему тонкопленочных электродов, позволило, в отличие от прототипа, использовать плоскую балку-кантилевер без жесткой фиксации на ее поверхности отдельной пьезоэлектрической сборки. Это в свою очередь позволяет при регулировке выходных характеристик радиоизотопного механо-электрического генератора осуществлять перемещение балки-кантилевера в направлении, перпендикулярном опоре через сквозной проем, изменяя тем самым колебания балки-кантилевера и соответственно частоту переменного выходного напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом радиоизотопного механо-электрического генератора.

Устройство содержит: основание 1, металлическую плату 2 эмиттера, эмиттер 3, содержащий пленку радиоактивного изотопа-источника β-излучения, диэлектрические опоры 4 коллектора, коллектор 5, электрическое соединение 6 коллектора с металлическим электродом балки-кантилевера через нижний металлический фиксатор, выводы 7 выходного напряжения механо-электрического генератора от электродов кантилевера через металлические фиксаторы, диэлектрическую опору 8 балки-кантилевера, верхний и нижний фиксаторы 9 балки-кантилевера в опоре, электроды 10 пьезоэлектрического элемента-кантилевера, пьезоэлектрическую балку-кантилевер 11, металлическую плату 12 кантилевера, электрическое соединение 13 металлической платы эмиттера с металлической платой кантилевера.

Реализация предлагаемой конструкции осуществляется следующим образом.

Устройство смонтировано на основании 1. Отдельно расположенный радиоизотопный источник постоянного напряжения в виде плоскопараллельного конденсатора, одна обкладка которого, закрепленная на медной плате 2 и содержащая пленку радиоактивного изотопа Ni-63 размером 5×5 мм, является эмиттером 3, а вторая обкладка которого размером 7×7 мм, являющаяся коллектором 5, выполнена из металла. Плата 2 и коллектор 5 имеют контактный зажим для подсоединения провода. Фторопластовые опоры коллектора 4 винтового типа позволяют регулировать зазор эмиттер-коллектор в интервале 0-1 мм для установки необходимого постоянного напряжения. Коллектор 5 собирает электроны, излучаемые радиоактивным изотопом Ni-63, а положительные заряды остаются на эмиттере. Конденсатор эмиттер-коллектор теряет заряд через ток смещения и ионизационные утечки, но увеличение расстояния между эмиттером и коллектором позволяет снизить электрическое поле в плоскопараллельном конденсаторе и ток ионизации может быть сведен к минимуму (в соответствии с методикой, описанной в прототипе US 0273244 A1).

Отдельно расположенный блок кантилевера содержит опору балки-кантилевера 8, выполненную из фторопласта и закрепленную вертикально на основании 1. Балка-кантилевер 8 содержит сквозной проем, обеспечивающий возможность регулировки вылета балки, и содержит металлические фиксаторы 9 положения балки, являющиеся также контактами для электровыводов, и выводы выходного напряжения механо-электрического генератора от нижнего электрода кантилевера и верхнего электрода кантилевера через верхний металлический фиксатор. Верхний и нижний фиксаторы балки выполнены из металла, причем нижний фиксатор жестко закреплен в проеме опоры, а верхний подпружиненный фиксатор поджимается к балке винтом с верхнего торца опоры. Фиксаторы имеют контактный зажим для подсоединения провода.

Балка-кантилевер 11 выполнена из монокристаллического ниобата лития со сформированной бидоменной структурой, имеет размеры 25×5×0,2 мм, задаваемые требованием наличия заданной частоты собственных колебаний консоли после релаксации заряда и имеет 2 плоскопараллельные грани. Предварительно глубина залегания и морфология доменной структуры изучается методом селективного травления. Тонкопленочные электроды пьезоэлектрического элемента-кантилевера 10 сформированы по всей площади верхней и нижней поверхностей балки методом магнетронного распыления.

Блок кантилевера содержит металлическую плату 12, расположенную параллельно балке на некотором расстоянии от нее. Металлическая плата расположена перпендикулярно опоре 8 между балкой кантилевера 11 и основанием 1, содержит на торце выемку с размером, равным сечению опоры 8 для перемещения по высоте опоры при регулировке зазора между потенциальным электродом балки кантилевера и металлической платой, и содержит фиксатор положения платы на опоре.

За счет электрического соединения 6 электрод балки-кантилевера 10 постоянно находится под потенциалом коллектора 5. За счет электрического соединения 13 металлическая плата кантилевера 12 постоянно находится под потенциалом эмиттера 2. Электростатическое притяжение вызывает изгиб упругой балки-кантилевера в небольшой части зазора, а затем из-за упругости кантилевера он возвращается в исходное положение. Этот цикл повторяется и пьезоэлектрическая сборка 10, 11, 12 непрерывно генерирует переменное синусоидальное напряжение, частота которого зависит от свойств балки (упругость, размеры) и от зазора между потенциальным электродом балки кантилевера и металлической платой и длины вылета балки кантилевера. В заявляемом устройстве, в отличие от прототипа, существует возможность регулировки независимых от свойств балки параметров и, как следствие, возможность устанавливать требуемую частоту выходного напряжения.

Было экспериментально установлено, что при используемых для реализация предлагаемой конструкции комплектующих регулировка позволяет изменять частоту выходного переменного напряжения в интервале 100-10000 Гц.

Радиоизотопный механо-электрический генератор, включающий отдельно расположенный радиоизотопный источник постоянного напряжения в виде плоскопараллельного конденсатора, одна обкладка которого, закрепленная на первой металлической плате и содержащая пленку радиоактивного изотопа, является эмиттером, а вторая - коллектором, а также расположенную вне зоны действия радиоактивного изотопа опору из диэлектрического материала с выступающей из нее упругой балкой-кантилевером, являющейся пьезоэлектрическим преобразователем, длина свободного конца которой обеспечивает заданную резонансную частоту генератора, при этом пьезоэлектрический преобразователь электрически соединен с коллектором и содержит выводы выходного напряжения, при этом металлическая плата, расположенная на диэлектрической опоре параллельно балке на некотором расстоянии от нее, электрически соединена с эмиттером, отличающийся тем, что балка-кантилевер выполнена из пьезоэлектрического монокристаллического материала с бидоменной структурой, содержит на поверхностях электроды пьезоэлектрического преобразователя, выполненные из тонкопленочного металлического покрытия, к которому присоединены выводы выходного напряжения, при этом один из электродов электрически соединен с коллектором, опора балки-кантилевера, выполненная из диэлектрического материала, содержит сквозной проем, обеспечивающий возможность регулировки вылета балки, и содержит металлические фиксаторы положения балки, являющиеся также контактами для электровыводов.
Радиоизотопный механо-электрический генератор
Радиоизотопный механо-электрический генератор
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 41-50 of 332 items.
13.01.2017
№217.015.6d89

Нанокомпозиционный электроконтактный материал и способ его получения

Изобретение относится к области электротехники и нанотехнологии, в частности к нанокомпозитному материалу на основе меди (Cu) для производства силовых разрывных электрических контактов в переключателях мощных электрических сетей и вакуумных дугогасительных камерах и способу его получения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597204
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.7009

Способ винтовой прокатки полых заготовок с дном

Изобретение относится к области прокатки из заготовок сплошного сечения деталей с дном. Способ включает следующие операции: отделение мерных штучных заготовок, зацентровку их по торцу, нагрев, подачу во вводной желоб стана винтовой прокатки, перемещение по желобу заталкивателем до касания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596519
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.707c

Материал на основе объемных металлических стекол на основе циркония и способ его получения в условиях низкого вакуума

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалу на основе объемных металлических стекол на основе циркония, и может быть использовано для производства деталей микромашин и механизмов с требованиями высокой износостойкости и прочности. Сплав на основе циркония для изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596696
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.7678

Способ создания тонких слоев оксидов ni и nb с дырочной проводимостью для изготовления элементов сверхбольших интегральных схем

Изобретение относится к области электронной техники и описывает возможность получения дырочной проводимости аморфной оксидной пленки на поверхности металлического стекла системы Ni-Nb путем искусственного оксидирования. Способ создания тонких слоев оксидов Ni и Nb с дырочной проводимостью для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598698
Дата охранного документа: 27.09.2016
13.01.2017
№217.015.793c

Планарный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию. Предложена конструкция планарного преобразователя ионизирующих излучений, содержащая слаболегированную полупроводниковую пластину n (p) типа проводимости, в которой расположена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599274
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7c30

Способ нанесения биоактивного покрытия на основе хитозана на полимерные пористые конструкции

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на полимерные пористые конструкции и может быть использовано для формирования композиционных полимерных пористых конструкций на основе полилактида медицинского назначения с размером пор от 300 мкм, отличающихся повышенной биоактивностью и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600652
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7df0

Способ выбора мест размещения углепородных отвалов

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано при выборе мест для расположения углепородных отвалов и предназначено для предотвращения самовозгорания складируемой горной массы. Техническим результатом изобретения является предотвращение самовозгорания складируемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600948
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.862c

Способ стерилизации сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предназначенного для применения в медицине (варианты)

Областью применения заявляемого изобретения являются медицина и ветеринария, в частности реконструктивная хирургия, ортопедия и травматология, а также экспериментальная биология. Сутью заявляемого изобретения является способ стерилизации СВМПЭ, предназначенного для применения в медицине, путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603477
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.863f

Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электролитическому получению сплавов. Получают сплав неодим-железо, содержащий 78-96 мас.% неодима. В электролизер загружают оксид неодима, железо в виде стружки, расплав солевой смеси в качестве электролита через загрузочный карман, в котором устанавливают температуру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603408
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8730

Способ интенсификации процесса кучного выщелачивания золота из руд

Изобретение относится к извлечению благородных металлов кучным выщелачиванием из руд. Способ включает дробление руды, складирование штабеля руды на гидроизолированное основание, монтирование системы орошения и орошение щелочным раствором цианида натрия штабеля руды. При этом штабель руды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603411
Дата охранного документа: 27.11.2016
Showing 41-50 of 196 items.
13.01.2017
№217.015.6d89

Нанокомпозиционный электроконтактный материал и способ его получения

Изобретение относится к области электротехники и нанотехнологии, в частности к нанокомпозитному материалу на основе меди (Cu) для производства силовых разрывных электрических контактов в переключателях мощных электрических сетей и вакуумных дугогасительных камерах и способу его получения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597204
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.7009

Способ винтовой прокатки полых заготовок с дном

Изобретение относится к области прокатки из заготовок сплошного сечения деталей с дном. Способ включает следующие операции: отделение мерных штучных заготовок, зацентровку их по торцу, нагрев, подачу во вводной желоб стана винтовой прокатки, перемещение по желобу заталкивателем до касания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596519
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.707c

Материал на основе объемных металлических стекол на основе циркония и способ его получения в условиях низкого вакуума

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалу на основе объемных металлических стекол на основе циркония, и может быть использовано для производства деталей микромашин и механизмов с требованиями высокой износостойкости и прочности. Сплав на основе циркония для изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596696
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.7678

Способ создания тонких слоев оксидов ni и nb с дырочной проводимостью для изготовления элементов сверхбольших интегральных схем

Изобретение относится к области электронной техники и описывает возможность получения дырочной проводимости аморфной оксидной пленки на поверхности металлического стекла системы Ni-Nb путем искусственного оксидирования. Способ создания тонких слоев оксидов Ni и Nb с дырочной проводимостью для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598698
Дата охранного документа: 27.09.2016
13.01.2017
№217.015.793c

Планарный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию. Предложена конструкция планарного преобразователя ионизирующих излучений, содержащая слаболегированную полупроводниковую пластину n (p) типа проводимости, в которой расположена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599274
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7c30

Способ нанесения биоактивного покрытия на основе хитозана на полимерные пористые конструкции

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на полимерные пористые конструкции и может быть использовано для формирования композиционных полимерных пористых конструкций на основе полилактида медицинского назначения с размером пор от 300 мкм, отличающихся повышенной биоактивностью и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600652
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7df0

Способ выбора мест размещения углепородных отвалов

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано при выборе мест для расположения углепородных отвалов и предназначено для предотвращения самовозгорания складируемой горной массы. Техническим результатом изобретения является предотвращение самовозгорания складируемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600948
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.862c

Способ стерилизации сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предназначенного для применения в медицине (варианты)

Областью применения заявляемого изобретения являются медицина и ветеринария, в частности реконструктивная хирургия, ортопедия и травматология, а также экспериментальная биология. Сутью заявляемого изобретения является способ стерилизации СВМПЭ, предназначенного для применения в медицине, путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603477
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.863f

Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электролитическому получению сплавов. Получают сплав неодим-железо, содержащий 78-96 мас.% неодима. В электролизер загружают оксид неодима, железо в виде стружки, расплав солевой смеси в качестве электролита через загрузочный карман, в котором устанавливают температуру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603408
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8730

Способ интенсификации процесса кучного выщелачивания золота из руд

Изобретение относится к извлечению благородных металлов кучным выщелачиванием из руд. Способ включает дробление руды, складирование штабеля руды на гидроизолированное основание, монтирование системы орошения и орошение щелочным раствором цианида натрия штабеля руды. При этом штабель руды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603411
Дата охранного документа: 27.11.2016
+ добавить свой РИД