Акселерометр с преобразователем поверхностно-акустических волн

 

АКСЕЛЕРОМЕТР С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН (ПАВ), содержащий закрепленный в корпусе консольный чувствительный элемент с акустоэлектронным преобразователем , расположенным на поверхности консоли, о тличающи йft .ft:. .13 те 7;:;:г.::;л §11 Л110ТЁ)Д с я тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, чувствительньй эйемент выполнен в виде Двух идентичных пар, осесимметрично закрепленных в корпусе, пластин, инерционные массы на концах которых установлены со смещением от продольных осей пластин в направлении друг к другу у входных акустоэлектронных преобразователей и противоположно у выходных, причем пластины выполнены из анизотропного материала с изгибной жесткостью в направлении распространения волны меньшей, чем у материала корпуса в месте закрепления, и скруглены на концах, противоположных инерционным массам, при этом сл входные акустоэлектронные преобразователи каждой пары расположены по одну сторону,а выходные - по другую сторону от места закрепления пластин.

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 SU и»

4(зг> G 01 Р 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3633042/24-10 (22) 12.08.83 (46) 15.06.85. Бюл. N 22 (72) И,Е.Сырмолотнов (7 1) Рязанский радиотехнический институт (53) 531.768(088.8) (56) 1. Заявка Франции - 2396306, кл. С 01 Р 15/08, 04,02.78.

2. Заявка Франции ¹ 2452714, кл, 6 01 Р 15/08, 10.08.83.

3. Заявка Франции № 2443067, кл. G 0 1 P 15/02, 15.10.82 (прототип) ° (54) (57) АКСЕЛЕРОМЕТР С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН (ПАВ), содержащий закрепленный в корпусе консольный чув.ствительный элемент с акустоэлектронным преобразователем, расположенным на поверхности консоли, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, чувствительный элемент выполнен в виде двух идентичных пар, осеснмметрично закрепленных в корпусе, пластин, инерционные массы на концах которых установлены со смещением от продольных осей пластин в направлении друг к другу у входных акустоэлектронных преобразователей и противоположно у выходных, причем пластины выполнены из анизотропного материала с изгибной жесткостью в направлении распространения волны меньшей, чем у материала корпуса в месте закрепления, и скруглены на концах, противоположных инерционным массам, при этом входные акустоэлектронные преобразователи каждой пары расположены по одну сторону,а выходные — по другую сторону от места закрепления пластин.

1161881

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к акселерометрам с первичным преобразователем акустоэлектронного типа.

Известны акселерометры с акустоэлектронными преобразователями, расположенными на упругих пластинчатых и мембранных подвесах $1) и (2) .

Однако данные акселерометры имеют относительно низкую точность измерения, обусловленную низкой температурной стабильностью преобразователей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее закрепленный в корпусе консольный чувствительный элемент с акустоэлектронным преобразователем, расположенным на поверхности консоли (3) .

Недостаток известного устройства — относительно низкая точность измерения ускорения вследствие дрейфа нуля акселерометра от изменения модуля упругости при наличии градиен-25 тов температур. Относительно большой температурный коэффициент приводит к изменению крутизны преобразования силы в деформацию поверхностного слоя упругого чувствительного элемента.

Целью изобретения является повышение точности измерения ускорений.

Указанная цель достигается тем, что в акселерометре с преобразовате- 35 лем поверхностно-акустических волн (IIAB)., содержащем закрепленный в корпусе консольный чувствительный элемент с акустоэлектронным преббразователем . расположенным на поверхнос- 40 ти консоли, чувствительный элемент выполнен в виде двух идентичных пар, осесиьыетрично закрепленных в корпусе, пластин, инерционные массы на концах которых установлены со смеще- 45 кием от продольных осей пластин в направлении друг к другу у входных акустоэлектронных преобразователей и противоположно у выходных, причем пластины выполнены из анизотропного 50 материала с изгибной жесткостью в направлении распространения волны меньшей, чем у материала корпуса в месте закрепления, и скруглены на концах, противоположных инерционным 55 массам, при этом входные акустоэлектронные преобразователи каждой пары расположены по одну сторону, а выходные — по другую сторону от места закрепления пластин.

На фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схема устройства, вид спереди (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 — то же, вид сверху со снятой крышкой; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2.

Акселерометр с тензопреобразователем ПАВ содержит две пьезокварцевые пластины 1 и 2, имеющие повернутый у-х-срез и жестко закрепленные посередине в держателе 3, 4. Держатель

3,4 изготовлен из материала, модуль

Юнга и модуль сдвига которого превышают соответствующие модули для пластин. Нижняя часть 3 держателя соединена с корпусом 5 твердым припоем 6.

С помощью верхней части 4 держателя и слоя стеклоцемента 7 пластины 1 и 2 неподвижно фиксируются в держателе.

Срез кристалла, из которого изготовлены пластины, обладает минимальным температурным коэффициентом модуля упругости и максимальным коэффициентом тензочувствительности скорости к сдвиговой деформации. По обе стороны от держателя 3,4 на верхней поверхности пластины 1 сформированы входной 8 и выходной 9 встречно-штыревые преобразователи (ВШП) поверхностно-акустических волн, образующие линию задержки, а на нижней поверхности пластины

2 — ВШП 10 и 11. На диагонально противоположных углах пластин 1 и 2 расположены инерционные массы 12, 13 и

14, 15 соответственно. Свободные углы пластины скруглены по дуге окружности с радиусом, равным ширине пластин.

Герметизирующая крышка 16 и дно корпуса 5 выполняют роль упоров при пере- . грузке. Гермовводы 17-20 и 21-24 использованы для соединения ВШП с электронной схемой ПАВ-генератора.

Устройство работает следующим образом.

С помощью входного BIIIII 8 в первой пластине возбуждается ПАВ-1, которая распространяется вдоль поверхностного слоя, проходит область крепления в держателе и достигает выходной

ВШП 9 за времй Т, Одновременно во второй пластине с помощью входного

ВШП 1,0 возбуждается ПАВ-2, которая аналогичным образом, распространяясь вдоль нижнего поверхностного слоя, достигает выходной ВШП.11 за время

Т,о. При наличии ускорения, вектор

3 161881 которого направлен перпендикулярно поверхности пластин, происходит изменение времени задержки Тю и Т! .

Возникающие усилия вызывают деформации кручения пластины i по часовой стрелке, а пластины 2 против часовой стрелки. В результате время задержки

ПАВ-1 увеличивается, а ПАВ-2 уменьшается

Т! Т! + 6Т! и тг т -ьТ 1 (t)

Деформации изгиба, возникающие в пластинах, дополнительно изменяют время задержки ПАВ

T,*T„+ äT,+ T, !! T, = T, -аТ,-ат, . (2)

В уравнениях (I) и (2) величины Т!, Т определяют абсолютное изменение времени задержки ПАВ эа счет изменения фазовой скорости ПАВ от деформации кручения, а 6Т,, и Т вЂ” эа счет деформаций изгиба. Вследствие диагонального расположения инерционных масс (4 Т /»/Ь Т / и! А Т /»/ЬТ /.

При нагревании пластин происходит одинаковое по знаку изменение времени задержки ПАВ за счет изменения длины акустического пути и начальной скорости волн (T,) =, + !!Т, i дТ, ДТ (Т2)! =Т«)- Т -47 ЬТ . (3)

Поскольку в данном случае деформации изгиба значительно меньше деформаций кручения, то изменение крутизны нагрузочной характеристики "ускорение — время задержки" от температуры может происходить в основном за счет изменения величины сдвиговых деформаций пропорционально ТКМУ сдви5 га, Однако срез пластин выбран таким образом, что изменения модулей сдвига при нагревании (охлаждении) имеют минимально возможные значения.

С учетом вышеизложенного уравнения

10 (3) принимают вид (T, ) T, t g T< + g T< (4) х - Т Ф 5 Т - d Tt

В ПАВ-генераторах изменение час- .

fS тоты обратно по знаку изменению времени задержки. При дифференциальном включении генераторов происходит вычитание частот

Ю =4 х= 20 4 О

1 а 1О !(5)

При условии Е f; д f< - дй

«;юэ 4! 49

hf 2 ОХ!=АЕ0, получим Af 26йо т.® изменение разностной частоты происходит практически только sa счет деИ формаций кручения и не зависит от температуры так как срез пластин выбран с минимальным (нулевым) ТКИУ сдвига.

Таким образом, конструкция устройщ ства обеспечивает повышение точности измерения ускорения при минимальном влиянии изменения температуры окружающей среды.

1161881

А

Составитель К.Лукомский

Редактор M.Бандура Техред О.Вацишина Корректор С.Шекмар

Заказ 3965/47 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4