Датчик температуры

 

Изобретение относится к измерительной технике ; может быть использовано для измерения температуры окружающей среды и параметров вибI J I I Т Д: раций объекта, на котором установлен датчик тe mepaтypы. Цель изобретения - расширение функциональшхпс возможностей устройства. Устройство содержит линию задержки на поверхностных акустических волнах с переданяцим 2 и приемным 3 встречно-штыревыми преобразователями, встречноштыревой преобразователь 4, усилители 5 , 7 и 9, детектор 8, cyt taTop. 10 и инвертор п. Введение новых элементов и образование новых свяэей между элeмeнтa a устройства позволяет оцените частотный диапазон, занимаеиай вибрационным спектром, а также энергетическое распределешю интенсивности вибраций в эанимае -юм или частотном диапазоне. I ил. tf с // / Ю ьо оо ( со S 3 м

СВОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU„„1234731

15ц 4 G О1 К 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ф»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / 8

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6 l ) 939968 (21) 3729495/ 24-10 (22) . 8. 04. 84{46) 30.05.86. Бюл. И» 20 (7l) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. H.Е.Жуковского (72) В.Я.Баржин, E.À.Ìèëüêeâè÷, Ф.Ф.Колпаков и А.Е.Сычев (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 939968, кл . G 01 К 11/24, 1980. (54) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике; может быть использовано для измерения температуры окружающей среды и параметров вибраций объекта, на котором установлен датчик температуры. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит линию задержки на поверхностных акустических волнах с передающим 2 и приемиыи 3 встречно-штыревыми преобразователями, встречноштыревой преобразователь 4, усилители.5, ? и 9, детектор 8, сумматор

10 и инвертор 11. введение новьщ элементов и образование новых связей между элементами устройства розволяет оценить частотный диапазон, занимаемый вибрационным спектром, а также энергетическое расиределение 5 . интенсивности вибраций в занимаемоМ или частотном диапазоне. 1 ил.

1234731 2 странения сигнала через усилитель 5 соответственно; n — постоянная величина, характеризующая тип возбуждае мых акустических колебаний.

Как правило, время задержки „

5 более чем на 3 порядка прев ает время задержки сигнала в электронных цепях,, поэтому задержками сигналов в усилителях 5, 7 и 9.можно пре.небречь. В результате для частоты

1Î генерируемого автогенератором сигнала получают

nv т (2) где v — скорость распространения ПАВ по поверхности звукопровода;

1. — путь, проходимый волной между передающим 2 и приемным 3 встреч,но-штыревыми преобразователями.

26

Поскольку величины I u v с измене— нием контролируемой температуры Т также изменяются,то и величина

1/v и значение f оказываются функ-. т циями температуры Т, причем для большинства материалов, используемых в качестве звукопроводов ЛЗ на ПАВ, такая зависимость оказывается линей ной.

При упругой деформации консольно

36, закрепленного звукопровода ЛЗ1, выз.-. ванной воздействующей на него одновременно с температурой вибрацией, подвергаются деформации поверхности эвукопровода, причем одна иэ широких граней звукопровода удлиняется на некоторую величину, а другая укорачивается на ту же величину, что соответственно изменяет и время прохождения ПАВ по каждой из граней (k, и соответственно), Однако суммар4Q ное время прохождения ПАВ от пере-,, дающего 2 до приемного 3 преобразователя (=l „+ i,) и,значит, равное ему время задержки pi 1, опре45 деляющее частоту автогенератора при Т - const и наличии вибрации, остается постоянным, т.е. (31

Я

1

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения температуры окружающей среды и параметров вибраций объекта, на котором установлен предлагаемый датчик, и является дополнителным к изобретению по авт. св. Р 939968.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика температуры.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого датчика температуры.

Датчик содержит линию задержки 1 на поверхностных акустических волнах с передающим 2 и приемным 3 встречно-штыревыми преобразователями на звукопроводе. На этом же звуколроводе симметрично относительно первых двух преобразователей выполнен встречно-штыревой преобразователь 4.

Между приемным и передающим встречно-штыревыми преобразователями линии задержки включен первый усилитель 5, причем передающий встречно штыревой преобразователь подключен к одному из входов первого фазового детектора

6, а приемный встречно-штыревой преобразователь через второй усилитель

7 связан с одним из входов второго фазового детектора 8. Вторые входы обоих фазовых детекторов через третий усилитель 9 связаны с дополнительным встречно-штыревым преобразователем„ выход первого фазового детектора подключен к первому входу сумматора 1О через инвертор 11, а выход второго фазового детектора подключен и второму входу сумматора непосредственно.

Предлагаемый датчик температуры работает следующим образом, Поскольку передающий 2 и приемный

3. встречно-штыревые преобразователи ультразвуковой линии задержки (ЛЗ)

1 на поверхностных акустических волных (ПАВ) подключены к выходу и входу усилителя 5 соответственно, то образуется автогенератор,.частота генерируемого сигнала которого

f обратно пропорциональна суммарному времени прохождения поверхностной акустической волны по поверхности звукопровода линии задержки 1 и сигнала по электронной цепи

Е, = п/(а +c ), (1) где, и - время прохождения ПА в линии задержки I и время распро,де, — время прохождения ПАВ по первой грани звукопровода; — время прохождения HAB no второй грани звукопровода.

Таким образом, при одновременном воздействии температуры и вибрации в предлагаемом датчике температуры, как и в известном, частота сигнала

Й, получаемая на выходе усилителя ,5, т.е. на первом выходе предложен1234731 4 ь соответственно, можно записать выражениями

U Ц Cos(cd t+ 4 )

0 V Cos(cd t+w ), (6)

5 з ",! Cos("), + +2 ) э где О, 11, 11 — амплитуда сигналов, снимаемых с преобразователей

2,4 и 3 соответственно; д — генерируемая автогенератором

1О частота; р !, — начальные фазы сигналов; снимаемых с преобразователей 2, 4 и

3 соответственно.

Поскольку разности фаз сигналов

15 Б1, U и U2, U> определяются величинами времени прохождения ПАВ (!

1 и 1 между соответствующими преобразователями, то для величин 6Ч =

= МГ У и 6 Р, = Р О1 воспольэовав2д шись выражением (5), можно записать

a P!,k2 1 2(1о (Т) — k1А СоБЯ ) — 1, !2 - 1, (2о a(Т) +

+ k„A Cosset), (7) где 1 — коэффициент, определяемый акустическими свойствами матеунала звукопровода ЛЗ1.

Так как сигналы U U u U U з попарно поступают иа входы фазовых детекторов 6 и 8, то, пренебрегая дополнительными сдвигами, фаз в усилителях 7 и 9, которые предназначены для компенсации ослабления сигнаЛов

U и U в звукопроводе Л31, для сигналов на выходах фазовых детектор и 8 соОтветственно из выражения ов 6 (7) получают Рпб wz>c К у рбК2((Т)

kÄ A Cosset) °

40 0!! Р1-! 0 ФЬ8 2 20 () где К д .гь и 1 ье — величины крутизны характеристик фазовых детекторов б и 8 соответственно.

3 ного датчика, являетея функцией лиш измеряемой температуры Т и не зависит от воздействующей на датчик одновременно с температурой вибрации

f = - f (1 в Ы (т -Т ), (4) а. где f — частота сигнала, получаемо

ro на первом выходе устройства (выход усилителя 5);

f, — значение частоты сигнала на первом выходе устройства при Т = Т„; — коэффициент чувствительности характеризующий влияние температуры на время задержки ПАВ !, и,значит, на генерируемую автогенератором, содержащем ультразвуковую Л31, частоту f

Величина d-T тщательно измерена о и протабулирована для большинстжа йатериалов, в которых возможно- распространение ПАВ, поэтому, зная материал, из которого изготовлен зву копровод ЛЗ, и значение f характеристику преобразования предлагаемого датчика по температуре можно считать известной с высокой точностью.

Для выделения информации о параметрах, воздействующей на датчик механической вибрации, можно воспользоваться тем фактом, что время прохождения ПАВ по каждой из граней .звукопровода - c, и с соответственно (3) - в отличие от времени прохождения ПАВ между приемным и передающим преобразователями является функцией не только контролируемой температуры Т, но и зависит от параметров воздействующей на датчик вибрации, а именно

c, <„(T) — k„ACosQt; го (Т) + k!,AñCos t (5) где с, (Т) = i (Т) — величины вре.мени прохождения ПАВ по граням звукопровода Л31 при отсутствии вибраций; 45

R, — коэффициент пропорциональности, определяемый упругими свойствами консольно закрепленного звукопровода;

А — амплитуда механических вибраций; Й вЂ” частота вибраций.

Информацию об изменениях величин

, и Т можно получить, если выделить сигналы, пропорциональные разностям. фаз ь 4 и ь частотных г. сигналов, снимаемых соответственно с встречно-штыревых преобразователей

2 и 4, а также 4 и З.Сигналы, снимаемые с преобразователей 2, 4 и 3

Учитывая, что во всем температурном диапазоне а.„ (Т) = <2, (Т), а величины крутизны характеристик фазовых детекторов нетрудно обеспечить

PBBHbIMH ДРУГ ДРУГУ . (K c!6 = К!!ь

= К, ), и что сигнал U . перед подачей его на один из входов сумматора 10 инвертируется инвертором 11, для результирующего сигнала на выходе сумматора.30, являющегося вторым выходом предлагаемого датчика, из выражения (8) получают

"з!к = 2K krak„A!Cosset.

1234731 а также энергетическое распределение интенсивности вибраций s занимаемом нми частотнои диапазоне .

Формула изобретения

Составитель Ю. Андриянов

Техред Л,Сердюкова Корректор В. Бутяга.

Редактор Л Повхан т ю

Заказ 2977/46 Тираж 7?8 . Подписное

ВНИКНИ Государстиенного комйтета СССР.по делам изобретений н открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. ужгород., ул. Проектная, 4

Из выражения (9) видно, что амплитуда сигнала, получаемого на второи выходе предлагаемого датчика теипературы,:пропорциональна аиплитуде воздейстнующих на датчик вибраций, П фьеск у 2 К Рэ 1 1 ТА а частота,о, этого сигнала является частотои ьибраций, при этом парамет-. ры этого сигнала не зависят от конт- 1О ролнруеиой теипературы Т, Таким образом, подключая к второму входу предлагаемого датчика вольтметр и частотомер (ие ноказаиц), в с учае уэкоп осного вибрациоино-. 15 го воздействия иожно получить информацию об аиплитуде и частоте воздействующей иа датчик вибрации.

В тои случае, если спектр воздействующих вибраций немонохроиатнческий и содержит целый ряд дискретных частот Я,, > °" 51„с амплитудами Q, U, ..., U.„, соответствующими аиппитудаии вибращионных частот А, в. A А, к второ 25 му выходу предлагаемого датчика вместо вольтметра и частотомера необходимо нодклвчить анализатор спектра (не показам). При этом можно с высокой точностью оценить амплитуду и частоту каждой частотной составляющей вибрационного спектра.

Ири смешанном спектре,.когда имеется и шумовая (случайная) и дискретные составляющие. вибраций,. с помощью того же анализатора спектра можно оценить частотный диапазон заииыаеиый вибрационныи спектром, Датчик температуры по авт. св.

9 939968, о т л и ч а ю щ,и и с я тем, что, с целью расширения функционапьных возможностей, в неи эвукопровод линии задержки снабжен дополнительным встречно-штыревыи преобразователем, размещенным симметрично относительна приемного и передающего преобразователей, а схема регистрации выполнена в виде двух фазовых детекторов, первого, второго и третьего усилителей, инвертора и сумматора, при этои один из входов первого фазового детектора подключен к передающему встречно-штыревоиу преобразователю, приемный встречноштыревой преобразователь через вто-: рой усилитель подключен к одному из входов второго фазового детектора, третий.встречно-штыревой преобразователь через третий усилитель подключен к вторьии входаи фазовых детекторов, выход первого фазового детектора через ннвертор подключен к первому входу сумматора, выход вто-, рого фазового детектора подключен к второму входу сумматора, а вход и выход первого усилителя подключены соответственна к приемноиу и передающеиу преобразователяи.