Датчик перемещений

 

ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содер . жащий пьезопластину с периферийной и активной зонами, с двумя неподвижньми электродами и схему автогенератора , о т л и ч а ю ед и и с я тем, что, с целью повышения TOiHOCти измерения, он снабжен упругой механической системой с маятником, на котором расположены обкладки плоского воздушного конденсатора, и юстиров очным шунтом, подключенным к обкладкам между которыми размещена периферийная зона пьезопластины, а неподвижные электроды подключены к ;ав тогенератору.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОВ

РЕСПУБЛИК

3(59 .G 01 P 15 09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ";; : ", К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3409714/18-10 ,(22) 12. 03. 82 . (46) 23 ° 06.83. Бюл. М 23 (7 2) М.С. Хлыстунов (71) Всесоюзный. научно-исследова-,, тельский:институт геофизических методов разведки (53) 531.768(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 544242, кл. G 01 P 15/08j. 1976.

2. Авторское свидетельство СССР..

В 541224,. кл. Н Oll, 41/00,.1976 (прототий).

„„SU„„1024853 . А (54) (57) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ:, содер. жащий пьевопластину с периферийной и активной зонами, с двумя неподвижньии:электродами и схему автогенератора, отличающийся, тем, что, с целью повышения тоМности йзмерения, он снабжен упругой механической системой с маятником, на . котором расположены обкладки плос» кого воздушного конденсатора, и юс. тировочньж шунтом, подключенным к обкладкам, между которыми размещена периферийная зона пьезопластины, а неподвижные электроды подключены к

:автогенератору.

1024853

Изобретение относится к сейсморегистрирующей аппаратуре, а также может быть использовано в первичных преобразователях ускорений, усилий, статических и динамических давлений.

Известен датчик ускорений., содержащий пьезорезонатор с подвижным и неподвижным электродами, подключен.ными к схеме автогенератора 11).

Однако из-за наличия электрической связи подвижного электрода со схемой автогенератора в данном устройстве возникает значительная температурная погрешность и высокий уровень вибро-, шумов, которые обусловлены изменени- 15 ями положения коммутирующих линий от-; носительно пьезорезонатора или схемы автогенератора. Следствием этого является понижение точности измерения. 20

Наиболее близким к изобретению по своей конструкции является пьезоэлектрический датчик, содержащий пьезопластину с двумя неподвижными и одним подвижным электродами, которые образуют в теле пьезопластины пьезотрансформатор, падключеннйй к схеме автогенератора (2).

Однако из-за наличия электрической связи подвижного электрода с неподвижной схемой автогенератора в известном датчике возникают значительные вибрационные и температурные погрешности, вызванные модуляцией параметров паразитных емкостей и индуктив- 5 ностей связи. Это является причиной ухудшения точности измерения.

Целью изобретения является ïîâûшение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что датчик перемещений, содержащий пьезопластину с периферийной и ак.тивной зонами, с двумя неподвижными электродами и схему автогенератора, снабжен Упругой механической систе-. мой с маятником, на котором располо- 45 жены обкладки плоского воздушного конденсатора, и юстировочным шунтом, подключенным к обкладкам, между которыми размещены периферийная зона пьезопластины, а неподвижные элект- 50 роды подключены к автогенератору.. !

На чертеже изображена конструкция датчика перемещений.

Датчик перемещений содержит корпус 1, упругую механическую систему 2 с маятником 3 и плоским. воздушным конденсатором с двумя обкладками 4 и 5, между которыми размещена периферийная зона.пьезопластины б. Активная зона пьезопластины 6 60 снабжена двумя неподвижными электродами 7 и 8, подключенными к схеме автогенератора 9. Обкладки плоского воздушного конденсатора 4 и 5 подключены к юстировочному шунту 10. 65

Датчик перемещений работает следующим образом.

Пьезопластина б с неподвижными электродами 7 и 8 и обкладками плоского воздушного конденсатора 4 и 5 фактически образуют в теле пьезопластины пьезотрансформатор, вхрд которого через электроды 7 и 8 подключен к схеме автогенератора 9, а выход через обкладки конденсатора 4 и 5 зашунтирован юстировочным шунтом 10, настроенным в резонанс с активной зоной пьезопластины.

Так как пьезопластина,б включена через неподвижные электроды 7 и 8 в схему автогенератора в качестве частотозадакщего элемента,а неподвижные электроды имеют акустическую связь с периферийной зоной пьезопластины 6, размещенной между обкладками 4 и 5 плоского воздушного конденсатора, зашунтированного юстировочным шунтом 10, то частота автоколебаний автогенератора 9 в первом приближении определена по формуле

Г=f+f =f+fэ+Е„„(1) где f - собственная резонансная о частота активной зоны пьезопластины 6 с электродами 7 и 8;

f=f +f — частотный сдвиг, обусловленный электроакустическими параметрами связи активной и периферийной зон пьезопластины б и электроакустическими параметрами периферийной зоны, зашунтированной конденсатором с юстировочным шпунтом .10.

При подаче сигнала перемещения, которое может быть вызвано, как собственно перемещением, так и ускорением, вибрациями или сейсмическим сигналом, на упругую механическую систему 2 маятник 3 изменит свое положение относительно пьезопластины б ° Как следствие, изменится глубина погружения периферийной зоны пьезопластины в зазор между

I обкладками 4 и 5 плоского воздушного конденсатора. Это приведет к изменению коэффициента акустической связи между периферийной и активной зонами пьезопластинами б К, а также. величины шунтирующего импеданса хш периферийной зоны с конденсатором и юстировочным шунтом 10.

В результате на некоторую величину ЬГ изменится частота автоколебаний автогенератора 9, которую в первом приближении можно опреде-. лить по формуле св" че+ь" ш чщ, (z) 1024853

Составитель Н.Иараховская

Редактор В.Иванова Техред A. Бабинец Корректор A.Повх

Заказ 4387/42 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где К„и К„- соответственно, час-, тотный коэФфициент акустической связи и шунтирующего нмпеданса периферийной зоны.

Как видно иэ выражения,(2) измене= э ние частоты gg автоколебаний автогенератора 9.в предлагаемом датчике .будет на величину h.Ê )сца больше, чем в известном устройстве, следовательно, будет выше и его крутизна 30 преобразования.

Если рассмотреть выражения для погрешностей предлагаемого датчика перемещений (Г и известного пьезоэлектрического датчика дн . 5

4=+í« +4 к где d „К,, ф — соответственно, по- . грешности, вносимые подвижными цепями 20 коммутации (модуляцией паразнтной емкости и индуктивносTH) в известном пьезоэлектрическом дат- 25 чике, а также начальной расстройкой частоты автоколебаний автогенератора, вследствие отсутствия юстировочного.шунта д — погрешности,,вносимые

Нт соответственно нестабильностью автогенератора, упругой механической системы, / конденсатором или . подвижным элек тродом, для известного уст- ройства, то можно сдецать вывод о том, что погрешность предлагаемого датчика пе;ремещений на. величину +d +d> мень-, 4ше, чем у известного датчика.

° В ° . Таким образом, введение новых элементов и схемы коммутации в конструкцию датчика перемещений позволяет избежать дополнительных погрешностей и обеспечить, тем самьм, более высокую точность измерения.