Датчик механических величин

 

E с

1 (7l ) Заявитель

Рязанский радиотехнический инсти (84) ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН1.

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее — к технике измерения механических величин (силы, ускорения, давления, перемещения и т.п.).

Известно устройство, содержащее упругий элемент в виде балки, являющей- ся эвукопроводом для двух линий задержки поверхностных акустических волн, и импульсный электронный блок, к которому подключены входы и выходы линий задержки. Поверхностные акустические .волны распространяются на противоположных поверхностях балки, поэтому при изгибе последней под действием измеряемой механической величины изменения времени задержки линий равны ро величине и противоположны по знаку. Электронный блок обеспечивает поочередное пропускание импульсов через линии задержки и измерение разности задержек импульсов в них. Разность задержек пропорциональна измеряемой механической величине (1 ).

Недостатком этого устройства являетпя значительная погрешность измерения при больших колебаниях температуры окружающей среды.

Наиболее близким к .изобретению по технической сущности является устройст- . во, содержащее упругий элемент в виде консольно защемленной балки, на противоположных поверхностях которой размещены два тенэочувствительных элемента о в виде линий задержки поверхностных акустических волн (эвукопроводом явля« ется балка), два генератора, в которых частотозадающими элементами являются линии задержки, смеситель, к входам которого подключены выходы генераторов, фильтр разности частот генераторов, подключенный к выходу смесителя, и оконечные элементы. В результате изгиба балки под действием измеряемой механической

20 величины врем жа задержки линий получают равные .по величине и противополож: ные lIo знаку изменения. Это приводит к соответствующим изменениям частот ге9763

3 нераторов. Частота сигнала на выходе фильтра разности частот генераторов пропорциональна измеряемой механической величине 2) .

Недостатком известного устройства является значительная температурная погрешность измерения.

?1елью изобретения является уменьшение температурной погрешности датчика.

Поставленная цель достигается тем, ð что в датчик механических величин, с I держащий упругий элеыент, два тензоч ствительных элемента на основе поверхностных акустических волн, размещенных

1 в зонах упругого элемента, противополож- ных по знаку деформации и включенных в частотно-задающие цепи двух генераторрв, смеситель, входы которого подключены к выходам генераторов, фильтр разности частот генераторов, вход которого щ подключен к выходу смесителя, введены фильтр суммы частот генераторов, вход которого подключен к выходу смесителя, преобразователь частоты в напряжение, вхОд которого пОдключен к выхОду фильт 25 ра суммы частот генераторов, нагревательный элемент, термически связанный с упругим элементом, регулятор температуры нагревательного элемента, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя частоты в напряжение, причем заданные девиации частот генераторов под действием измеряемой механической величины выбраны равными по абдоЛютному значению и противоположны, Э5 ми по знаку.

На чертеже изображена схема датчика

: ускорения.

Датчик ускорения содержит упругий элемент в виде балки 1 из пьеэоэлектри46 ческого материала, консольно заделанной в основание 2, на свободном конце которой закреплена инерционная масса 3, На противоположных поверхностях балки 1 сформированы две линии задержки поверхностных акустических волн, содержащие

4S входные. 4 и 5 и выходные 6 и 7 пленочные встречно-штыревые преобразователи.

Два усилителя 8 и 9 подключены входами к сигнальным выводам 10 и 11 выходных преобразователей 6 и 7, а выходы — к сигнальным выводам 12 и 13 входных преобразователей 4 и 5. Усилители 8 и 9 вместе с подключенными к ним линиями задержки образуют генераторы. Входы смесителя 14 подключены к выходам генераторов, фильтр 15 разности и фильтр 16 суммы частот генераторов подключены входами к выходу сме11: ф сителя 14, преобразователь 17 частоты в напряжение входом подключен к выходу фильтра 16 суммы частот генераторов, регулятор 18 подключен управляющим входом к выходу преобразователя 17 частоты в напряжение, нагревательный элемент 19 подключен к регулятору 18 и к ° источнику питания Е.

Поверхностные акустические волны распространяются в линиях задержки по поверхностям балки 1 в областях между

|входными 4 и 5 и соответствующими выхопными 6 и 7 преобразователями.

Направления распространения указаны волнистыми стрелками. Возбуждение и прием поверхностных акустических волн .осуществляется входными 4 и 5 и выходными 6 и 7 преобразователями соответственно. При наличии ускорения а балка

1 прогибается. При прогибе балки 1 средние значения механических напряжений в областях расположения линий задержки равны по величине и противоположны по знаку. При этом полезные изменения времен задержки линий за счет эффекта тензочувствительности поверхностных акустических волн и соответствующие изменения частот генераторов также равны по величине и противоположны по знаку, а частота сигнала на выходе фильтра 16 суммы равна удвоенной начальной частоте генераторов и не зависит от ускорения, Вместе с тем температурное изменение задержки линий приводит к равным по величине и одинаковым по знаку изменениям частот генераторов и к удвоенному изменению частоты сигнала на выходе фильтра 16 суммы. В результате напряжение на выходе преобразователя 17 изменяется и через регулятор 18 управляет током нагревательного элемента 19. Характеристики преобразователя 17, регулятора 18, нагревательного элемента 19 и напряжение источника питания Е выбраны так, что в датчике осуществляется,автоматическая коррекция стабильной температуры балки 1, термически связанной с нагревательным элементом 19. Уровень температуры стабилизации должен быть выше максимальной температуры окружающей среды. На выходе фильтра 15 разности выделяется выходной сигнал датчика, частота которого прямо пропорциональна измеряемому ускорению.

Предлагаемое устройство технологично и имеет высокую воспроизводимость характеристик и на порядок меньшую температурную погрешность, чем известные, 5 976311 6

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я,ду фильтра суммы частот генераторов, нагревательный элемент, термически свя» датчик механических величин, содер- занный с Упругим элементом РегУлЯтоР жаший упругий элемент, два тензочувст- температуры нагревательного элемента, вительных элемента на основе поверхност З у р вляюший вход которого подключен к ных акустических волн, размешенных в выходу "Реобразователя частоты в назонах упругого элемента, противополож- пряжение. пРичем заданные девиации чаных по знаку деформации и, включенных cvoT генераторов под действием измеряев частотно-задающие цепи двух генерато- мой механической величины выбраны равров, смеситель, входы которого подклю- " M по абсолютному значению и проти чены к выходам генераторов, фильтр раз- воположными по знаку. ности частот генераторов, вход которого подключен к выходу смесителя, о т л и— Источники информации, ч а ю ш и и с я тем, что,с целью умень- ..принятые во внимание при экспертизе шения температурной погрешности, в него 5 1. Патент Великобритании введены фильтр суммы частот генераторов, . Хо 1466461, кл. 6 1 Ci 09.04.74. вход которого подключен к выходу смеси- 2. Патент Великобритании теля, преобразователь частоты в напря- % 1432818, кл, Н 4 3, 24.10.72 жение, вход которого подключен к выхо- (прототип).

Составитель В, Годзиковский

Редактор Л. Гратилло ТехредЖ.Кастелевич Корректор М. Коста

Заказ 8993/69 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",, r.. Ужгород, ул. Проектная,.4