Пьезоакселерометр

 

Изобретение относится к пьезорезонансным акселерометрам и предназначено для измерения низкочастотньк линейных ускорений движущихся объектов различного назначения. Цель изобретения - повышение чувствительности. Деформация пьезорезонаторов .3,4,9,10 при измерении ускорений приводит к изменению частот их колебаний. Выходы автогенераторов 1,2 через буферные усилители 5,6 подключены соотяетственно к входам пьезорезистирны, делителей 7,8, содержащих пьезоре зонаторы 9 и 10. Последние играют роль резонансных фильтров. С выходов автогенераторов 1,2 сигналы поступают на входы однополосного смесителя 12, а с выходов делителей 7,8 - на входы однополосного смесителя 11. Сигналы со смесителей 11 и 12 поступают на входы автогенераторного фазочастотного преобразователя 13, который представляет собой включенные в кольцевое соединение однополосные смесители 14, I5 и широкополосный усилитель 16. Выходным сигналом устройства является сигнал, поступающий с выхода усилителя 16 на частотомер 17. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (11) 2 А1 (59 4 G 01 Р 15 09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 420970! /24-10 (22) 12.03.87 (46) 15.02.89. Бюл. 9 6 (71) Харьковский авиационный институт им. Н.Е. Ж ковского (72) М.В.Волков, В.В.Малов, Е.С, Колесник, К.В. Скульский и В.Л. Сорокопут (53) 531.768(088.8) (56) Малов В.В. Пьезорезонансные датчики.. — M.: Энергия, 1978, с.187.

Авторское свидетельство СССР

Ф 296037, кл. G Ol P 15/08, 1971. (54) ПЬЕЗОАКСЕЛЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к пьезоре-. зонансным акселерометрам и предназначено для измерения низкочастотньвс линейных ускорений движущихся объек" тов различного назначения. Цель изобретения — повышение чувствительности.

Деформация пьезорезонаторов .3,4,9,10 при измерении ускорений приводит к изменению частот их колебаний. Выходы автогенераторов !,2 через буферные усилители 5,6 подключены соответственно к входам пьезорезистивнщ делителей 7,8, содержащих пьезорезонаторы 9 и 10. Последние играют роль резонансных фильтров ° С выходов автогенераторов 1,2 сигналы поступают на входы однополосного смесителя 12, а с выходов делителей 7,8 — на входы однополосного смесителя 11. Сигналы со смесителей 11 и 12 поступают на входы автогенераторного фазочастотного преобразователя 13, который представляет собой включенные в кольцевое соединение однополосные смесители 14, !5 и широкополосный усилитель 16. Выходным сигналом устройства является сигнал, поступающий с выхода усилителя 16 на частотомер 17, 2 ил.

1458832

Изобретение относится к технике измерения параметров движения, в . частности к пьеэорезонансным акселерометрам, предназначенным для измерения низкочастотных линейных ускорений различных движущихся объектов, Цель изобретения — повышение чувствительности устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема пьезоакселерометра; на фиг.2 — упрощенная конструктивная схема чувствительного элемента, воспринимающего инерционную нагрузку при измерении. 15

Пьеэоакселерометр содержит высокостабильные кварцевые автогенераторы

1 и 2, в частотозадающие цепи которых включены пьезорезонаторы 3 и 4. Выходы автогенераторов 1 и 2 через бу- 2р ферные усилители 5 и 6 подключены к входам пьезорезистивных делителей

7 и 8 напряжения, которые содержат пьезореэонаторы 9 и 10. Пьеэорезонаторы 3 и 9, а также 4 и 10 идентичны, 25 частота настройки соответствует (, и Q . Входы однополюсного смесителя

11 подключены к выходам пьеэореэистивных делителей 7 и 8 напряжения.

Выходы автогенераторов 1 и 2 соеди- 30 иены также с входами второго однополюсного смесителя 12. Выходы смесителей 11 и 1 2 подключены к входам авто- генераторного фазочастотного преобразователя 13, который представляет собой включенные в кольцевое соединение однополюсные смесители 14 и 15 и широкополосный усилитель 16. Вто" рой выход широкополосного усилителя

16 подключен к входу частотомера 17.40

Выходы однополюсных смесителей ll. u

12 подключены к вторым входам однополосных смесителей 14 и 15, Выделение одной полосы на выходе смесителей

11, 12, 14 и 15 осуществляется фильт- 45 рами нижних частот. Пьеэорезонаторы

3,9 и 4,10 закреплены между основанием 18 корпуса 19 и подвижным элементом (инерционными массами) 20.

Устройство работает следующим об- 50 разом.

При отсутствии инерционного уси- . лия F (перпендикулярно широкой стороне пьезорезонаторов); воздействующего На pe3oH Top Нх резонансные 55 частоты (р =(ОРИ= +io»

+P0 (óiî +00» гдеЮ0„— резонансная частота k-го резонатора, В этом случае автогенераторы 1 и

2 вырабатывают сигналы:

U, (t) U, со в (у„е+(р, ), 0 () U соз(а й+(р1).

Эти колебания поступают с одной стороны на первый и второй входы однополосного смесителя 1 2, а с дру- гой — на пьезорезистивные делители

7 и 8 напряжения, пройдя предвари- . тельно через буферные усилители 5 и 6. При этом иа выходе смесителя 12 появляется сигнал с разностной час" тотой (i)- =И,0 — Ы(-(допускается, что

«0 ©ю)

S,(t) S, соз(де+(р,-(р,).

Пвезорезистивные делители 7 и 8 представляют собой резонансные фильтры с резонансными частотами сооТ ветственно Ю„ и (a, . Тйк как частоты сигналов„. поступающих на блоки

7 и 8, совпадают с их резонансными частотами, следовательно, при прохождении через эти фильтры колебания по-. лучают нулевой сдвиг фаз. Поэтому сигналы на выходах блоков 7 и 8 имеют

Вид:

З (0 "+ +(Р03)»

Uy (t) U4 COS((Dg0t+(Pg+CPgy)» где (р „ вЂ” сдвиг фаз, получаемый сигналом при прохождении через буферные усилители

5 и 6.

С выхода пьеэорезистивных делителей 7 и 8 сигналы U> (t) и U (t) поступают соответственно на первый и второй входы .смесителя 11. В результате этого. на выходе смесителя 11 выделяется сигнал с разностной частотой Я

S ф (t ) =S co s (t+ (P, (P ) °

Колебания с выходов смесителей

11 и 12 поступают .на входы фазочас- > тотного преобразователя (ФЧП) 13, характеризующегося тем, что частота

Qä сигнала, снимаемого с выхода усилителя 16, зависит от величины сдвига фаз 6 g между сигналами, поступающими на его входы.

При отсутствии инерционного усилия сдвиг фаз между сигналами S, (t) . и 80 (t) равен нулю, а ФЧП 13 выраба. тывает сигнал с частотой Q .

58832

>M(, =-A4S SF.з l4

При наличии инерционного усилия F, воздействующего на резонаторы, pesoнансные частоты резонаторов 3,9 и

4, 10: Ð3 +dà

<рп (3)о ц1 ()3 4 +l() + d (1р о= го+ э где дЯ =SF;

S — коэффициент силочувствительности резонаторов.

Следовательно, автогенераторы 1 и 2 вырабатывают сигналы

U, (t) =U, сов ((ю, вьи) св ц);

Б (с)=о сов ((ыр dtd) t+cf )

При этом на выходе смесителя 12 появляется сигнал

$, (t)=S,соз(131+2Мй+ф-С ), к

В то же время на выходах пьеэорезистивных делителей 7 и 8 присутствуют колебания

Ф Ф

Ui (с) =U, сов ((ы ° +du) t+g,+d)t„d(Д;

U+ (С)-Б соз ((И< 1))Q) 1 (Cpz>+) ). где, =-2$(ghu — сдвиг фаз, обуслов- -.. ленный тем, что peso- нансные частоты pesoнаторов 3 и 9 не совпадают;

-2$ц)цд — сдвиг фаз, обуслов" ленный различием резонансных частот резонаторов 4 и 10;

S+ — крутизна фазочастотных характеристик резонаторов.

Таким образом, сигнал на выходе смесителя 11 будет иметь вид:

S< (t) =$г COS (ut+2b(d)t+Cpd -(g +gd - ) в

Сдвиг фаз между сигналами S",(t) и $,(й) следовательно, приращение частоты

Ьд сигнала, генерируемого ФЧП:

Измеряя величину бЮ посредством

10 частотомера 17, судят о величине из. меряемого ускорения.

Формула изобретения

Пьезоакселерометр, содержащий два установленных в корпусе пьезореэона" торных чувствительных элемента, связанных с инерционнай массой, два ав тогенератора, в частотозадающие цепи

20 которых включены пьезорезонаторы, первый однополо сный смеаитель, входы которого соединены с выходами автогенераторов, о тлич ающийс я тем, что, с целью повьппения чувствительности, в него дополнительно вве" дены второй дополнительный смеситель, два буферных усилителя, два пьезореэистивных делителя, каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных дополнительного пьезорезонатора и резистора, автогенераторный фаэочастотный преобразователь, два входа которого подключены к выходам однополосных смесителей, при этом входы второго однополосного смесителя

З5 подключены к выходам пьезорезистивных делителей, а выходы первого и второго автогенераторов соединены с входами соответственно первого и второго буферных усилителей, выходы, 40 ко то рьгх, в с вою очередь, со единены соответственно с входами первого и второго пьеэорезистивных делителей, причем дополнительные пьеэорезона» . торы имеют ту же инерционную нагруз45 ку, что и основные пьезорезонаторы чувствительного элемента.

1458832

Составитель К. Лукомский.

Редактор Л. Пчолинская Техред Л.Сердюкова Корректор Н. Король

Заказ 367/51 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4