Датчик резонаторный

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик резонаторный содержит основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием. Части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора. Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности в условиях воздействия импульсного разогрева. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Известен датчик резонаторный (см. патент РФ №2217767, опубликованный 27.11.2003 г.), который содержит основание из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием чувствительного элемента и его подвесов в виде, по крайней мере, двух стержней и стержневого резонатора. На стержнях подвеса выполнены упругие шарниры для перемещения чувствительного элемента (ЧЭ) относительно основания в направлении измерительной оси. Стержневой резонатор электрически и механически соединен с электромеханическим преобразователем.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является погрешность, обусловленная разностью температур отдельных элементов датчика в результате импульсного разогрева металлизированных поверхностей стержневого резонатора.

Решаемой технической задачей является создание датчика резонаторного с улучшенными метрологическими характеристиками.

Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности в условиях воздействия импульсного разогрева.

Для достижения технического результата в датчике резонаторном, содержащем основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием, новым является то, что части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора.

Металлизация частей поверхностей стержней маятникового подвеса позволяет уменьшить разность температур элементов датчика резонаторного при импульсном разогреве и тем самым уменьшить соответствующую погрешность.

На Фигуре изображен заявляемый датчик резонаторный, на котором отмечены зоны металлизации.

Датчик резонаторный содержит основание 1 в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора 4, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы и маятникового подвеса в виде двух стержней 3, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу 2, а другие концы соединены с основанием 1. На части поверхностей стержней 3 маятникового подвеса 5 металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности электродной системы стержневого резонатора (например, золото).

Датчик резонаторный работает следующим образом. Механический резонатор через электромеханический преобразователь подключен в цепь обратной связи автогенератора. После подачи напряжения питания на автогенератор в системе "генератор - электрический преобразователь - резонатор" при соблюдении условий "баланса амплитуд" и "баланса фаз" (смотри, например, книгу П.В. Новицкий и др. "Цифровые приборы с частотными датчиками", "Энергия", 1970 г.) устанавливаются колебания резонатора и, соответственно, выходные электрические сигналы с частотой, равной резонансной частоте резонатора. Выходные электрические сигналы генератора используются после соответствующего преобразования для регистрации результатов измерения силы, действующей на резонатор. В исходном положении, соответствующем нулевому значению измеряемого параметра (например, ускорения), значение резонансной частоты механического резонатора f0 определяется конструктивными размерами элементов резонатора и физическими свойствами материала, из которого он изготовлен (модуль упругости - E, плотность - ρ). Измеряемая величина преобразуется кинематической системой датчика в продольную силу резонатора, что вызывает изменение его резонансной частоты и соответственно частоты выходных электрических сигналов генератора. Значения изменений частоты выходных сигналов генератора является мерой измеряемого параметра.

Под воздействием импульсного разогрева происходит неравномерное изменение температуры отдельных участков датчика (резонатора и замыкающей рамки). Это определяется разными материалами электродной системы и основания, выполненного из монокристалла. Процесс изменения средних температур резонатора, замыкающей его рамки и их разности носят сугубо нестационарный характер. При неравенстве температур резонатора и рамки возникает изменение продольной силы резонатора и соответственно изменение его резонансной частоты.

Для минимизации погрешности от неравномерного распределения температуры между резонатором и чувствительным элементом необходимо выполнение как минимум двух условий:

1) равенство средних температур резонатора Tрезu) и замыкающей его рамки Tрамu);

2) равенство временных зависимостей изменений температур резонатора и замыкающей его рамки.

Выполнение первого условия может быть представлено следующими соотношениями:

Tрезu)=Трамu)

Tрезu)=T0рез+ΔТрезu) Tрамu)=T0рам+ΔTрамu)

При T0рез=T0раи=T0

с учетом (1)-(4)

и или

где T0рез, T0рам, Т0 - начальные значения температур резонатора, рамки и окружающей среды, соответственно;

ΔTрезu), ΔTрамu) - изменение температур резонатора и рамки под действием импульса облучения длительностью τu;

ΔQiu) - энергия, поглощенная i-элементом на интервале длины Δl с шириной участка bi(l);

E - мощность излучения, приходящаяся на единицу площади (поверхностная плотность потока излучения);

Ki - коэффициент поглощения энергии излучения i-элемента объема.

Ci, ci, ρi,.,hi - теплоемкость, удельная теплоемкость, плотность вещества и толщина i-элемента объема, соответственно.

При равенстве удельных теплоемкостей вещества материала резонатора и рамки, условием равенства температур резонатора и рамки будет равенство значений отношений:

Оптимальные размеры частей металлизированных поверхностей стержней маятникового подвеса были определены моделированием на ПЭВМ с использованием метода конечных элементов. По результатам расчетов изготовлены экспериментальные образцы. Проведенные исследования подтвердили эффективность предлагаемого технического решения.

Датчик резонаторный, содержащий основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием, отличающийся тем, что части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) гидротехнических сооружений, например плотин гидроэлектростанций, а также контроля прочности бетона эксплуатируемых предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Изобретение относится к высокочувствительным способу и устройству измерения силы/массы с использованием системы фазовой автоподстройки частоты. .

Изобретение относится к области измерений механической силы и производных от нее величин, момента силы, давления, массы, деформаций, линейных и угловых ускорений. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) гидротехнических сооружений, например плотин гидроэлектростанций, а также контроля напряженно-деформированного состояния других сооружений, зданий и конструкций.

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации систем управления и предназначено для контроля физических величин. .

Изобретение относится к области испытания машиностроительных и строительных конструкций. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля технологических процессов в строительной индустрии и может быть использовано для получения данных о параметрах предварительно напряженных арматурных элементов (стержней, канатов и т.д.) при изготовлении железобетонных конструкций, в частности, для определения требуемого удлинения арматурного элемента, измерения напряжений в арматурном элементе и корректировки его длины.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения, контроля и регулирования больших усилий сжатия около 1000 кг и более.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий деформации. .

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам неразрушающего контроля мостовых сооружений. Способ предполагает возбуждение свободных колебаний вантового элемента путем приложения импульсного воздействия в месте его прикрепления к анкерному устройству. Осуществляют измерение колебаний датчиком-акселерометром, передачу измерительной информации в измерительный блок и далее в программный модуль, где происходит их обработка. При этом усилие определяется на основе первых трех кратных зафиксированных частот собственных колебаний вантового элемента. При расчетах продольного усилия в вантовом элементе учитываются такие параметры, как погонная масса вантового элемента, масса антивандальной оболочки, собственная частота колебаний вантового элемента, длина вантового элемента, длина анкерного устройства. По усредненному значению вычисленных усилий оценивают усилие натяжения ванта моста. Технический результат – повышение точности измерений. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик резонаторный содержит основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием. Части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора. Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности в условиях воздействия импульсного разогрева. 1 ил.

Наверх