Акселерометр

 

Использование: измерительная техника , акселерометры на ПАВ. Сущность изобретения: акселерометр содержит капсольный чувствительный элемент 2 с металлизированными участками 9 и 9, и встречно-штыревыми преобразователями 7 и 7 на обеих его сторонах. На обращенных к обеим сторонам капсольного элемента поверхностях 3 и 4 основания напротив металлизированных участков 9 и 9 расположены металлизированные участки 8 и 8, а напротив преобразователей 7 и 7 на расстоянии d от них, большем, чем 1/4 шага А построения встречно-штыревого преобразователя - линии задержки, образованные встречноштыревыми преобразователями 5 и 6 и 5 и 6 и усилителями 10 и 10. Перегиб 8 чувствительного элемента выбирается из условия (d- А /4) f d. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 Р 15/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СО ,о

Jl !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896649/10 (22) 26.12.90 (46) 15,12.92. Бюл. М 46 (71) Раменское приборостроительное конструкторское бюро (72) В.И.Баженов, А Т.Брищук и В.M.Ñîëîâüев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1270709, кл. G 01 P 15/08, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N.. 1673991, кл. G 01 P 15/08, 1989. . (54) АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Использование: измерительная техника, акселерометры на ПАВ. Сущность изобретения: акселерометр содержит капсольный чувствительный элемент 2 с ме„„ЯХ„„1781619 А1 таллизированными участками 9 и 9, и встречно-штыревыми преобразователями 7 и 7 на обеих его сторонах. На обращенных к обеим сторонам капсольного элемента поверхностях 3 и 4 основания напротив металлизированных участков 9 и 9 расположены металлизированные участки 8 и 8, а напротив преобразователей 7 и 7 на расстоянии

d от них, большем, чем 1/4 шага il построения встречно-штыревого преобразователя— линии задержки, образованные встречноштыревыми преобразователями 5 и 6 и 5 и

6 и усилителями 10 и 10 . Перегиб 8 чувствительного элемента выбирается из условия (d — iL /4) (f (d, 4 ил.

1781619 вительного элемента. .20

25 встречно-штыревым преобразователем ли- 30

40 вительный элемент с металлизированными 45

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акселерометрах для измерения ускорения подвижных объектов.

Известен акселерометр с преобразователями поверхностных акустических волн (ПАВ), имеющий основание и консольный чувствительный элемент (ЧЭ), две линии задержки, выходные встречно-штыревые преобразователи (В ШП) которых расположены на основных плоскостях ЧЭ, входные ВШП вЂ” на торцевых плоскостях основания, имеющий ПА — генераторы на линиях задержки, полученные включением усилителя между входным и выходным ВШП, смеситель частот, Такой акселерометр имеет низкую разрешающую способность, ограниченную предельно допустимой деформацией чувстБольшей разрешающей способностью обладает принятый за прототип акселерометр, содержащий консольный чувствительный элемент с металлизированными участками на обеих его сторонах, закрепленный на основании, два генератора на поверхностных акустических волнах, каждый из которых образован усилителем, включенным между входным и выходным нии задержки, причем линии задержки расположены на основании по обе стороны от консольного чувствительного элемента напротив друг друга.

Разрешающая способность такого акселерометра недостаточна для прецизионных измерений вследствие невозможности rionучить модуляцию частотного выходного сиг.нала акселерометра более 3-5%, Целью изобретения является повышение разрешающей способности акселерометра.

Поставленная цель достигается в акселерометре, содержащем консольный чувстучастками на обеих его сторонах, закрепленный на основании, два генератора на поверхностных акустических волнах, каждый из которых образован усилителем, включенным между входным и выходным встречно-штыревым преобразователем линии задержки, причем линии задержки расположены на основании по обе стороны от консольного чувствительного элемента напротив друг друга тем, что в него введены до пол нител ьные измерител ьн ые встречноштыревые преобразователи, расположенные на обеих сторонах чувствительного элемента напротив линий задержек на расстоянии от них, большем, чем 1/4 шага по5

15 строения встречно-штыревого преобразователя л,, а также усилители и частотно-импульсные модуляторы, при этом на поверхностях основания, обращенных к металлизированным поверхностям чувствительного элемента, нанесены дополнительные металлизированные поверхности, причем каждая металл изи рован ная поверхность основания и чувствительного элемента через соответствующие частотно-импульсный модулятор и усилитель подключена к соответствующему дополнительному измерительному встречно-штыревому преобразователю, а прогиб f чувствительного элемента выбирается из условия (д — л./4) f d.

В заявленном акселерометре частота импульсов выходного сигнала, снимаемого с выходов частотно-импульсных модуляторов, изменяется от 0 при отсутствии ускорения до основной частоты fo ПАВ-генератора при верхнем пределе измеряемых ускорений, т.е, глубина модуляции выходного сигнала достигает 100%, Следовательно повышается разрешающая способность, т.к, при одном и том же диапазоне измерений обеспечивается меньшее значение ускорения на единицу частоты.

Увеличение разрешающей способности происходит не менее чем в 20 раз.

Отличительные признаки заявленного акселерометра состоят в том, что в него введены дополнительные измерительные встречно-штыревые преобразователи, и расположенные на обеих сторойах чувствительного элемента напротив линий задержек на расстоянии d от них, большем чем

1/4 шага построения встречно-штыревого преобразователя л,, а также усилители и частотно-импульсные модуляторы, при этом на поверхностях основания, обращенных к металлизированным поверхностям чувствительногоо элемента, на несен ы до пол нител ьные металлизированные поверхности, причем каждая металлизированная поверхность основания и чувствительного элемента через соответствующие частотно-импульсный модулятор и усилитель подключена к соответствующему дополнительному измерительному встречно-штыревому преобразователю, а прогиб f чувствительного элемента выбирается из условия (d — il. /4) «:- 1 d

На фиг. 1 изображена общая конструкция акселероь етра; на фиг. 2,3 — виды чувствительного элемента и основания с линией задержки; на фиг, 4 — структурная схема акселерометра.

1781619

Акселерометр (см.фиг.1) содержит основание 1, непьезоэлектрический консольный чувствительный элемент 2, закрепленный на основании 1, На основании 1 по обе стороны от консольного чувствительного элемента 2 расположены линии задержки, Основание 1 выполняется либо целиком из пьезоэлектрического материала, либо его поверхности

3,4 в области расположения линий задержки образованы нанесением слоя пьезоэлектрического материала, На поверхности 3 основания 1 (см,фиг,1,2) выполнены входной ВШП 5 и выходной BLUIl 6 одной линии задержки, на поверхности 4 основания 1 выполнены входной ВШП 5 и выходной ВШП 6 второй линии задержки. На чувствительном элементе 2 образованы дополнительные измерительные встречно-штыревые преобразователи 7,7, расположенные на обеих сторонах чувствительного элемента напротив линий задержки основания 1, а также металлизированные участки 9,9 (см.фиг, 1,3), На поверхностях 3,4 основания 1, обращенных к металлизированным поверхностям 9,9 чувствительного элемента 2, нанесены дополнительные металлизированные поверхности 8,8, Расстояние d между дополнительными измерительными ВШП 7,7 на ЧЗ 2 и поверхностями 3,4 основания 1 составляет более

Л /4 где Л вЂ” шаг выполнения ВШП. Выполнением соответствующей жесткости ЧЭ 2 или созданием перемычки в месте соединения ЧЭ 2 с основанием 1 прогиб f ЧЭ 2 при наличии ускорения находится в пределах (d — А /4) < f < d.

На структурной схеме (см.фиг,4) акселерометра включением усилителя 10 между

ВШП 5 и 6 образован первый генератор на поверхностных акустических волнах (ПАВгенератор ), включением усилителя 10 между ВШП 5 и 6 образован второй ПАВгенератор. Дополнительный измерительный ВШП 7 подключен к усилителю 11 высокой частоты, выход которого подсоединен к входу частотно-импульсного модулятора 12, Выход частотно-импульсного модулятора 12 подключен к,металлизированным участкам 8 и 9 на ЧЭ 2 и основании

1, находящимся на противоположной стороне ЧЭ 2 от ВШП 7. Дополнительный измерительный ВШП 7 подключен к усилителю

11 высокой частоты, выход которого подсоединен к входу частотно-импульсного модулятора 12, Выход частотно-импульсного модулятора 12 подключен к металлизированным участкам 8 и 9 на ЧЭ 2 и основании

1, находящимся от ВШП 7 на противоположной стороне ЧЭ 2.

Акселерометр работает следующим образом. При отсутствии ускорения ЧЭ 2 нахо5 дится в среднем положении относительно поверхностей 3,4 основания 1, и расстояние

d дополнительных измерительных ВШП 7,7 от поверхностей 3,4 больше четверти шага

55 построения ВШП (d > А /4), Поэтому электрическое поле в пьезоэлектрике на поверхностях 3,4, возбуждаемое при прохождении

ПАВ во время работы ПАВ-генераторов, не наводит в дополнительных измерительных

ВШП 7,7 электрических сигналов. На входе усилителей 11,11 отсутствует сигнал, с выходов частотно-импульсных модуляторов

12,12 не поступают импульсы на металлизированные пластины 8,8,9;9, и ЧЭ 2 остается в среднем положении, При этом выходной сигнал акселерометра, получаемый на выходах частотно-импульсных модуляторов 12,12, равен нулю на каждом выходе. При наличии ускорения, при котором происходит перемещение ЧЭ 2 в сторону поверхности 3 основания 1, ЧЭ 2 приближается к поверхности 3 основания 1.

Вследствие прогиба f чувствительного элемента 2 в месте расположения дополнительного измерительного ВШП 7 расстояние между ВШП 7 и поверхностью 3 основания

1 станет равным четверти шага (il /4) построения ВШП, огда в дополнительном измерительном ВШП 7 наводится электрический сигнал высокой постоянной частоты 4 от электрического поля пьезоэлектрика на поверхности 3, возникающего при работе ПАВ-генератора íà BLLIÏ 5,6, и усилителе 10, Сигнал от ВLUR 7 поступает на усилитель 11 высокой частоты, с него на частотно-импульсный модулятор 12, где частотный сигнал преобразуется в импульсный с частотой следования fo импульсов, амплитудой Up и длительностью импульса с

С выхода частотно-импульсного модулятора

12 импульсы приходят на металлизированные участки 8,9, образующие электростатический силовой преобразователь.

Электрические импульсы, поступающие на металлизированные участки 8, 9, создают импульсы электростатической силы, средняя величина которых создает компенсационную силу, уравновешивающую инерционную силу и возвращающую ЧЭ 2 в прежнее положение. Сигнал, получаемый с выхода частотно-импульсного модулятора

12, пропорционален ускорению, направление которого вызывает перемещение ЧЭ 2 по í" правлению к поверхности 3 основания

1781619

При данном направлении ускорения ЧЭ

2, наоборот, отдаляется от поверхности 4 основания 1, при этом расстояние между дополнительным измерительным BLUfl 7 и поверхностью 4 увеличивается и составляет еще более, чем Л /4. Поэтому на ВШП 7 не наводится электрический сигнал от электрического поля пьезоэлектрика на поверхности 4, вызванного работой ПАВ-генератора на ВШП 5, 6 . и усилителе 10, и на выходе частотно-импульсного модулятора 12 нет сигнала. Таким образом, при данном направлении ускорения выходной сигнал акселерометра идет только с модулятора 12, При противоположном направлении ускорения ЧЭ 2 приближается к поверхности

4 основания 1. При этом расстояние между

ВШП 7 и поверхностью 4 становится равным Л /4, в ВШП 7. наводится сигнал, вызванный электрическим полем пьезоэлектрика на поверхности 4 вследствие работы ПАВ-генератора на ВШП 5, 6 и усилителя 10. Сигнал с ВШП 7 после усиления в усилителе 11 и преобразования в частотно-импульсном модуляторе 12 поступает на металлизированные участки

8,9 на ЧЭ 2 и основании 1. В результате возникающей электростатической силы ЧЭ

2 возвращается в среднее положение, Так как при наличии ускорения этого напряжения ЧЭ 2 удаляется от поверхности 3, то с выхода частотно-импульсного модулятора

12 сигнал не поступает. Таким образом, при этом направлении ускорения выходной сигнал акселерометра существует только на выходе модулятора 12 .

Следовательно, акселерометр измеряет ускорение и выдает сигнал, пропорциональный измеряемому ускорению, отдельно по каждому направлению ускорения.

Измеряемое ускорение а пропорционально количеству импульсов N, поступающих с. выхода частотно-импульсных модуляторов 12 и 12 .. а=.К N (1) где К вЂ” коэффициент преобразования акселерометра.

К=-4,43 10 (2) где S — площадь металлизированного участка на ЧЭ 2 или основании 1;

d> — расстояние между металлизированными участками 8 и 9; 8 и 9 ;

10 m - масса ЧЭ 2.

Формула изобретения

Акселерометр, содержащий консольный чувствительный элемент с металлизированными участками на обеих его

15 сторонах, закрепленный на основании, два генератора на поверхностных акустических волнах, каждый из которых образован усилителем, включенным между входным и выходным встречно-штыревым преобразователем

20 линии задержки, причем линии задержки расположены на основании по обе стороны от консольного чувствительного элемента напротив друг друга, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей

25 способности акселерометра, в него введены дополнительные измерительные встречноштыревые преобразователи, расположенные на обеих сторонах чувствительные элементы напротив линий задержек на расстоянии д от них, большем, чем 1/4 шага построения Л встречно-штыревого преобразователя, а также усилители и частотно-импульсные модуляторы, при этом на поверхностях основания, обращенных к металлизированным поверхностям чувствительного элемента, нанесены дополнительные металлизированные поверхности, причем каждая металлизированная поверхность основания и чувствительного элемента через соответствующие частотноимпульсный модулятор и усилитель подключена к соответствующему дополнительному измерительному встречно-штыревому и реобразователю, а прогиб f чувствительного элемента выбирается из условия (d — il,/4) д, 1781619

gl

Составитель В,Баженов

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор Н.ГУнько

Заказ 4272 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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