Датчик механических колебаний

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров механических колебаний. Цель изобретения - повышение чувствительности за счет обеспечения контроля колебаний малых амплитуд и возможности учета температурных изменений. При закреплении корпуса 1 датчика на колеблющемся объекте 2 на струне 3, выполненной в виде нитевидного полупроводникового монокристалла (НК), включенного в плечо уравновешенного моста 7 для измерения сопротивления, возникают вынужденные колебания, амплитуда которых превосходит амплитуду колебаний объекта. В результате изменяется электрическое сопротивление НК и появляется напряжение на выходе моста 7, которое регистрируется осциллографом 8. С помощью контакта 4 регистрируется температура НК с помощью термоэлемента, которым является участок 9 подклейки НК к объекту 2. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4250903/24-28 (22) 20.04.87 (46) 15.07.90.Бюл, № 26 (71) Воронежский политехнический институт (72) Г.Н.Беленов, А,И,Дрожжин, А.П.Ермаков и В.В,Свиридов (53) 629.7,0363.001 (088,8) (56) Патент GlfA № 3566692, кл. 73/382, !972. (54) ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛГБАНИ?1 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров механических колебаний. Цель изобретения — повышение чувствительности за счет обеспечения контроля колебаний малых амплитуд и возможности уче„„30„„1578 1 А1 (5!)5 G 01 Н 11/00

2 та температурных изменений, При закреплении корпуса 1 датчика на колеблющемся объекте 2 на тенэоструне 3, выполненной в виде нитевидного полуЮ проводникового монокристалла (НК); включенного в плечо уравновешенного моста 7 для измерения сопротивления, возникают вынужденные колебания, амплитуда которых превосходит амплитуду колебаний объекта, В результате изменяется электрическое сопротивление НК и появляется напряжение на выходе . моста 7, которое регистрируется осцилло-. графом 8. С помощью контакта 4 регистрируется температура НК с помощью термоэлемента, которым является участок

9 подклейки НК к объекту 2. 1 з,п, ф-лы, 1 ил, 15 78501

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению параметров механических колебаний (амплитуд, частот, затухания, коэффициента,передачи колебаний от элемента возбуждения к объекту), и может быть использовано в промышленнос" ти, медицине и научных исследованиях . (в области частот от долей герца до нескольких сотен килогерц).

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет обеспечения контцоля колебаний малых амплитуд и . возможности температурных измерений, На чертеже изображена схема предлагаемого датчика, 4

Тензоструну 3 приклеивают к инерционной массе 6 и корпусу 1 ° При этом торцовые участки HK длиной 1, зоны омических контактов и токовые выводы должны быть покрыты клеем, Диаметр. и длину HK а также величину инерционной массы 6 выбирают в соответствии с требованиями резонансной частоты, Резонансная частота нитевидных монокристаллов, рассчитанная по известной формуле резонансных частот тензоструны, равна

15 2N .ТР

1d

Датчик содержит корпус 1, представлянлций собой опорную площадку для 0 крепления его на объекте 2, тензоструну 3 с омическими контактами 4 и 5, один из которых закреплен на корпусе 1, и инерционную массу 6, .закрепленную на другом конце струны. С помощью омических контактов 4 и 5 тензоструна 3 включена в электрическую цепь уравновешенного моста 7 для, измерения сопротивления. Напряжение с диагонали моста 7 регистрируется с помощью осциллографа 8 ° Тензоструна

3 выполнена в виде монокристалла, Ф выращенного методом химических газотранспортных реакций из тензочувствительного полупроводникового материала (например, кремния) и характеризу35 ется следующими параметрами: длина

2-7 мм, площадь поперечного сечения

2 10 mP, электросопротивление . 10—

10 Ом, коэффициент тензочувствитель3 ности . — около 100. Омические контак"ты 4 и 5 изготовлены от торцов нитевидного кристалла (НК) на расстоянии

1 (15-20)а, где а — ширина грани

HK у торца, Такое изготовление оми-. 45 ческих контактов к HK позволяет расширить диапазон частот дпя использования тензоструны,изготовленной. на его основе, а также использовать тензоструну „ HeM одиночных им пульсов упругих волн без их существенного искажения, Это обусловлено тем, что на длине 1 от .торцов НК наблюдается "краевой" эффект, существенно снижакиций чувствительность и быстродействие тензоструны, Изготовление омических контактов 4 и 5 позволяет практически полностью исключить влияние "краевого" эффекта. где N — номер гармоники;

F — осевое натяжение;

1 — длина;

d — диаметр; - плотность монокристалла, Участок 9 подклейки НК выполняет функцию термоэлемента, который с помощью омического контакта 4 и выпрямляюшего контакта 10 включен.в электрическую цепь для измерения температуры.

Датчик работает следующим образом.

При закреплении корпуса 1 датчика на колеблющемся объекте 2 на тензоструне 3 в виде монокристалла — нитевидного кристалла, включенного в, плечо уравновешенного моста 7 для измерения сопротивления, возникают вынужденные колебания. Степень приближения или удаления от условий резонанса колебаний нитевидного кристалла контролируется подбором величины инерционной массы 6. В результате вынужденных колебаний изменяется электросопротивление нитевидного кристалла и (как следствие тенэоэффекта) появляется напряжение на выходе моста 7, которое регистрируется с помощью осциллографа 8. установив постоянный. коэффициент связи между зарегистрированными амплитудами какими-либо средствами (например, оптическим методом), в дальнейшем в процессе работы амплитуду объекта определяют как произведение коэффициента связи на амплитуду стоячей волны нли электрического сигнала, так как величина электрического сигнала однозначно связана с амплитудой стоячей волны,- Таким образом, колебания исследуемого

78501 6 внести поправки, наконец, протариро- вать электрический метод измерений, Ввиду сильной (в четвертой степени)

5 зависимости жесткости от диаметра тензоструны.НК является хорошим трансформатором колебаний, Кроме того, НК кремния можно выращивать бездислокационными что обеспечивает высокую

1ð стабильность и надежность при определении параметров колебаний, а следовательно, повышает точность.

Формула изобретения l5

Составитель О,Несова

Редактор А.Ревин Техред Л.0лийнык

Корректор Н.Ревская

Заказ 1907 Тираж 420 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

5 15 объекта могут одновременно регистрироваться двумя независимыми взаимно связанными и взаимно дополняющими способами — по электрическому сигналу и с помощью оптических (либо других) средств по амплитуде стоячей волны. НК в этом случае выполняет роль трансформатора амплитуды коле баний объекта, Так как амплитуда колебаний НК может значительно в несколько раз превосходить амплитуду малых колебаний объекта, то в качестве оптических средств достаточно использование обычного микроскопа, С помощью микро..скопа измеряется длина штрихов, воз..никающих от светящихся точек на поверхности кристалла при отражении света во время колебаний.

Так как упругие свойства и геометрические размеры тензоструны зависят от температуры, то температура оказывает влияние как на электрические свойства, так и íà параметры ее колебаний (в том.числе и на стоячую волну НК). Поэтому учет температуры . способствует повышению точности измерения параметров колеблющегося объекта, Ввиду того,что зависимость . К(Т С) является нелинейной, то оптический метод позволяет уточнить и

1, Датчик механических колебаний, содержащий тензоструну, -инерционную массу, на которой жестко закреплен один из концов тензоструны, другой

20 конец которой предназначен для закрепления на объекте, и два омических контакта, соединенных соответственно с двумя концами тензоструны, о тличающийся тем, что, с

25 целью повышения чувствительности, тензоструиа выполйена в виде нитевидного монокристалла полупроводника, 2, Датчик по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен выпрям30 ляющим контактом, предназначенным для соединения с участком крепления тензоструны к объекту..