Датчик деформаций с частотным выходом

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изменении деформаций, напряжений в деталях и в различных проебразователях механических величин. Для повышения чувствительности и надежности однопереходный транзистор релаксационного генератора - нитевидный полупроводниковый монокристалл выполняют с четырьмя симметричными токопроводами. Два крайних токопровода присоединены к концам монокристалла через омические контакты, а два средних присоединены через точечные P-N- переходы, отстоящие от концов монокристалла на расстоянии, не превышающем длину зоны краевого эффекта неоднородности деформирования монокристала, наклеенного на объект измерений. Один P-N-переход является рабочим, другой - запасным, используемым при повреждении первого. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4404590/25-28 (22) 05.04.88 (46) 23.07.90. Бюл. № 27 (71) Воронежский политехнический институт (72) Н. К. Седых (53) 621.36-531.781.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1125466, кл. G 01 7/ОО, 979.

Ерофеева И. А. Импульсные устройства на однопереходных тра нзисторах. М.:

Связь, 1974, с. 23. (54) ДАТЧИК ДЕФОРМАЦИЙ С ЧАСТОТ.

HblM ВЫХОДОМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при измерении деформаций, напряжений в деталях и

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения деформации, напряжений в деталях и в различных преобразователях механических величин, наиболее ээффективно — в телеметрических системах измерения и управления с обработкой информации с помощью

ЭВМ.

Цель изобретения — повышение чувствительности и надежности датчика.

На фиг. 1 показана электрическая схема датчика; на фиг. 2 — схема расположения токоподводов на монокристалле однопереходного транзистора; на фиг. 3 — распределение деформации по длине монокристалла, приклеенного к объекту измерений.

Датчик состоит из однопереходного транзистора 1, включенного совместно с резистором 2 и конденсатором 3 в схему релаксационного генератора (фиг. 1).

Транзистор 1 выполнен в виде полупроводникового нитевидного монокристалла, например, кремния р-типа с ориентацией рос„„SU„„1580154 А 1

2 в различных преобразователях механических величин. Для повышения чувствительности и надежности однопереходный транзистор релаксационного генератора — нитевидный полупроводниковый монокристалл выполняют с четырьмя симметричными токоподводами.

Два крайних токоподвода присоединены к концам монокристалла через омические контакты, а два средних присоединень через точечные р-п-переходы, отстоящие от концов монокристалла на расстоянии, не превышающем длину зоны краевого эффекта неоднородности деформирования монокристалла, наклеенного на объект измерений. Один р-п-переход является рабочим, другой — запасным, используемым при повреждении первого. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. та (111) (фиг. 2), предназначенного для наклеивания на объект 4 измерений, снабженного токо подвода м и 5 — 8. Край ние токоподводы 5 и 8 присоединены к концам (торцам) монокристалла через омические контакты, например, точечной сваркой. Средние токоподводы 6 и 7 присоединены к монокисталлу через точечные р-п-переходы, сформированные на монокристалле, например методом диффузии или вплавления. Эти симметричные р-и-переходы с токоподводами 6 и

7 отстоят от соответствующих концов монокристалла на расстоянии, не превышающем длину зоны краевого эффекта неоднородности деформирования монокристалла, накл=. енного на объект измерений (фиг. 3) . Длина зоны краевого эффекта для каждой системы монокристалл — клей — объект измерений имеет свое значение, предварительно определяемое экспериментально. Монокристалл включен в схему релаксационного генератора токоподводами 5, 7, 8 (фиг. 1). Запасной вариант включения — токоподводами 8, 6, 5.

1580154

Формула изобретения

ФИ8. 2

Соста интел ь В. Мелузова

Редактор С. Патрушева Техред А. Кравчук Корректор Л. Бескид

Заказ 2002 Тираж 502 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Г1роизводственно-издательский комбинат «Патент», r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Датчик работает следующим образом.

После наклеивания монокристалла 1 на объект 4 измерений датчик подключают к источнику питания.

Конденсатор 3 начинает заряжаться через резистор 2.

Когда напряжение на конденсаторе превысит напряжение включения транзистора,1, последний включится, и конденсатор начинается разряжаться через входную цепь транзистора. При этом эмиттерный ток и напряжение уменьшаются и, как только напряжение на эмиттере достигает напряжения вкл1очения, транзистор скачкообразно закрывается. Напряжение на конденсаторе при этом меньше напряжения включения и близко к напряжению выключения. Далее конденсатор начинает снова заряжаться, и процесс повторяется — наблюдаются электрические колебания с определенной частотой.

При деформировании объекта 4 измерений сопротивление Ri участка монокристалла между токоподводами 5 и 7 при этом значительно изменится, а сопротивление Ra участка между токоподводами 7 и 8 практически не изменится (фиг. 3), что и обуславливает функциональную зависимость от измеряемой деформации е периода Т колебаний релаксационного генератора, так как

Т=RC 1п(1+ ).

Таким образом, регистрация изменений частоты колебаний такого релаксационого генератора позволяет определять деформацию объекта измерений в зоне наклейки монокристаллического однопереходного транзистора — тензочувствительного элемента датчика с частотным выходом.

Высокая чувствительность достигается благодаря тому, что измеряемая деформация изменяет коэффициент передачи однопереходного транзистора генератора. Высокая надежность датчика связана с наличием второго р-и-перехода с токоподводом 6, который может задействоваться в работу в случае выхода из строя первого р-п-перехода 7.

Датчик отличается простотой схемы, высокой помехозащищенностью и температурной стабильностью.

1. Датчик деформаций с частотным выходом, содержащий однопереходной транзистор, включенный совместно с резистором и конденсатором в схему релаксационного генератора и выполненный в виде полупроводникового нитевидного монокристалла, к которому два крайних токоподвода присоединены через омические контакты, а средний токоподвод присоединен через точечный р-ппереход, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности у монокристалла, предназначенного для наклеивания на

25 объект измерений, омические контакты расположены на концах, а точечный р-и-переход отстоит от одного из концов на расстоянии, не превышающем длину зоны краевого эффекта неоднородности деформирования.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, монокристалл снабжен вторым точечным р-и-переходом с токоподводом, расположенным симметрично первому.