Датчик угла поворота

 

1. ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА, содержащий две параллельные пластины, первая из которых установлена с возможностью поворота относительно своей оси симметрии, а на обоих концах второй размещены два щирокополосных встречно-штьфевых преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения и разрешающей способности, он снабжен идентичной второй, уст ановленной симметрично относительно первой, третьей пластиной, первая пластина выполнена из диэлектрика, на ее обеих плоскостях размещены вдоль оси симметрии узкополосные встречно-щтыревые преобразователи, а вторая и третья пластины выполнены из анизотропного пьезоэлектрического материала. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что преобразователи второй и третьей пластин развернуты на определенный угол по часовой и против часовой стрелок соответственно относительно выбранного направления оси 1 в плоскости Х02 та лития, при этом в начальном полоkn жении электроды всех преобразователей параллельны.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

lPl

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н aeTOPCNOMY CSMCSTSOhCTSV %

ЙЙЩ0 1Щд с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3212714/18-23 (22) 03. 12. 80 (46) 23. 07. 84. Бюл. У 27 (72) И.Е.Сырмолотнов и Л.И.Захарьящев (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 621.374.5:531. 717(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 792539. кл. Н 03 Н 9/30, 1979 (54)(57) 1. ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА, содержащий две параллельные пластины, первая из которых установлена с возможностью поворота относительно своей оси симметрии, а на обоих концах второй размещены два широкополосных встречно-штыревых преобразователя отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и разрешающей способности, он снаб„„SU„„110465 A

3(Ю Н 03 Н 9/30; С 08 С 9/04;

G 01 В 17/00 жен идентичной второй, установленной симметрично относительно первой, третьей пластиной, первая пластина выполнена из диэлектрика, на ее обеих плоскостях размещены вдоль оси симметрии узкополосные встречно-штыревые преобразователи, а вторая и третья пластины выполнены из анизотропного пьезоэлектрического материала.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что преобразователи второй и третьей пластин развернуты на определенный угол по часовой и против часовой стрелок соответственно относительно выбранного направления оси в плоскости ХО ниоба- Щ" та лития, при этом в начальном положении электроды всех преобразователей параллельны.

1104656

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углового положения, поворота или наклона подвижного объекта. 5

Известен датчик угла поворота, содержащий две параллельные пластины, первая из которых установлена с возможностью поворота относительно своей оси симметрии, на обоих концах 10 второй размещены два широкополосных встречно-штыревых преобразователя (13, Недостатками известного датчика являются низкая точность измерения, обусловленная температурной нестабиль-1 ностью, и ограниченность диапазона угловых положений, обусловленная конструкцией датчика, Целью изобретения является повышение точности измерений и разрешаю- 20 щей способности датчика.

Поставленная цель достигается тем, что датчик угла поворота, содержащий две параллельные пластины, первая из которых установлена с возможностью по ворота относительно своей оси симметрии, а на обоих концах второй размещены два широкополосных встречноштыревых преобразователя, снабжен идентичной второй, установленной сим— метрично относительно первой, третьей пластиной, первая пластина выполнена из диэлектрика, на ее обеих плоскостях размещены вдоль оси симметрии узкополосные встречно-штыревые преобразователи, а вторая и тре35 тья пластины выполнены из анизотропного пьезоэлектрического материала.

При этом преобразователи второй и третьей пластин развернуты на оп40 ределенный угол по часовой и против часовой стрелок соответственно относительно выбранного направления оси Z в плоскости XOZ ниобата лития, при этом в начальном положении электроды всех преобразователей параллель"

„45 ны.

На фиг. 1 представлен датчик, общий вид; на фиг, 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — амплитудно-частотные характеристики неподвижных (а) и подвижных (б) встречно-штыревых преобразователей; на фиг. 4 — зависимость фазовой скорости поверхностной акустической волны от направления угла между осью T и;нормалью к волновому фронту.

Датчик угла поворота содержит первую пластину 1, установленную с возможностью поворота относительно своей оси симметрии, и две идентичные пластины 2 и. 3, выполненные из анизотропного пьезоэлектрического материала, на обоих концах каждой из которых размещены два широкополосных встречно-штыревых преобразователя 4 и 5 и 6 и 7. Первая пластина 1 выполнена из диэлектрика, на ее обеих плоскостях размещены вдоль оси симметрии узкополосные встречноштыревые преобразователи 8 и 9.

Преобразователи 4-9 ориентированы вдоль определенного направления относительно кристаллографических осей, например, в плоскости". XZ

3-среза ниобата лития. На второй пластине 2 этот угол составляет 55, на пластине 3 — угол 125 к оси Z (фиг. 4).

При повороте пластины 1 зазор между преобразователями 8 и 9 и поверхностями пластин 2 и 3 остается постоян ным, не превышающим периода решетки преобразователей 4, 5 и 6, 7. Полоса пропускания а f этих преобразовате1 лей выбрана из условия g f I E >ybV j g где — частота ловерхностных акустических волн (ПАВ), d" \l= ЬЧ) V— о относительное изменение скорости ПАВ для материала пластин 2 и 3 в крайних угловых положениях пластины 1.

Полоса и 2 нропускания преобразователей 8 и 9 a$>/ f в (1+ d"U ) раз . меньше, чем у преобразователей 4,5 и 6,7, а апертуры преобразователей взаимно перекрываются при заданном угловом перемещении пластины 1.

Датчик работает следующим образом.

B среднем положении пластины 1 преобразователь 8 возбуждает во встречно-штыревых преобразователях (ВШП) 4 и 5 пластины 2 через воздушный зазор - A /4 первую волну ПАВ.

Одновременно второй преобразователь 9 возбуждает в ВШП б и 7 пласти— ны 3 вторую ПАВ, при этом траектории

ПАВ относительно оси 7 составляют соответственно 55 и 125 для пластин 2 и 3. Скорости ПАВ равны или дос— таточно близки, но для первой пластины 1 зависимость ПАВ от угла к оси 2 имеет восходящий, а для второй пластины 2 — нисходящий характер (фиг. За).

Первая ПАВ достигает преобразователей 4 и 5 и время т „= 1„/2Ч „, где

<„/2 — расстояние от преобразователя 8 до преобразователя 4 и 5;V „—

1104656

У, м(с

Хб

3,5

Х9 он 50 50 7а 9о tlO 130 р, Фиг. 5 Риг.0 щцуПИ Заказ 5321/43 Тираж 862 По" писнос

@намел ППП Патавт, г. Ухгараа, ул.Пааактнаа,а скорость ПАВ для заданного направления распространения в пластине 2.

Вторая ПАВ достигнет преобразователей 6 и 7 за время То2 г /2Чог где E /2 — расстояние от преобразователя 9 до преобразователей 6 и 7, Чп1 — скорость ПАВ для выбранного направления распространения волны в пластине 3.

При повороте пластины 1 преобразо- 1р ватели 8 и 9 займут другое угловое положение относительно кристаллографических осей пластин 2 и 3. При этом . изменение скорости первой ПАВ противоположно IIo знаку изменению скорости второй ПАВ, и время задержки соответственно станет равным Т + ВТ и

01 ОП O <ТOI.Так как период решеток ВШП 8 и 9 постоянен, при повороте пластины 1 изменяется длина волны первой и второй ПАВ вследствие изменения фазовой скорости, а частота ПАВ изменяется

A-4

4 в пределах 1 1. Df„j2. для первой и (й1,(2 для второй волн соответственн».

Для уменьшения вносимых потерь период решетки преобразователей 4,5 и 6,7 .выбирается равным периоду ВШП 8 и 9, а полоса пропускания преобразователей 4,5 и 6,7, выбирается равной дГ и превышает полосу пропус1 кания преобразователей 8 и 9 в (E+ gU) раэ. Для пластин иэ ниобата лития Ч -среза при повороте пластин 1 на угол 10 скорость ПАВ изменяется . Hà +3K.

Использование датчика, выполненно го на пластинах иэ ниобата лития, и преобразователей с периодом решетки 50 мкм при частоте Ео = 36 МГц, I позволяет получить чувствительность

100 кГц/град. Дифференциальная схема измерения датчика обеспечивает температурную погрешность 10 — 10 "/оС.