Датчик перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01P15/09 

Изобретение отноСитс Г к сейсморегистрирующей аппаратуре, а также может быть использовано в первичных преобразователях ускорений, усилий, статических и динамических давлений. Известен датчик ускорений, содержащий пьезорезонатор с подвижньзм и .неподвижным электродами, подключенньиии к схеме автогенератора fl. Однако из-за наличия электрическо связи подвижного электрода со схемой автогенератора в данном устройстве возникает значительная температурная погрешность и высокий уровень виброшумов, которые обусловлены изменениями положения коммутирующих линий от носительно пьезорезонатора или схемы автогенератора. Следствием этого является понижение точности измерения. Наиболее близким к изобретению по своей конструкции является пьезоэлектрический датчик, содержащий пьезопластину с двумя неподвижными и одним подвижным электродами, которые образуют в теле пьезопластины пьезотрансформатор, подключенный к схеме автогенератора 2. Однако из-за наличия электрической связи подвижного электрода с неподвижной схемой автогенератора в известном да тчике возникают значител ные вибрационные и температурные пог решности, вызванные модуляцией параметров парайитных емкостей и индукти ностей связи. Это является причиной ухудшения точности измерения. Целью изобретения является повышение точности измерения. Указанная цель достигается тем, что датчик перемещений, содержащий пьезопластину с периферийной и активной зонами, с двумя неподвижными электродами и схему автогенератора, снабжен упругой механической системой с маятником, на котором располо жены обкладки плоского воздушного конденсатора, и котировочным шунтом подключенные к обкладкам, между которыми размещены периферийная зона пьезопластины, а неподвижные электроды подключены к автогенератору. ; I .- - . На чертеже изображена конструкция датчика перемещений. Датчик перемещений содержит корпус 1, упругую механическую систему 2 с маятником 3 и плоским воздушным конденсатором с двумя обклёщками 4 и 5, между которьми размещена периферийная зона, пьезопласт ны 6. Активная зона пьезопластины 6 с.набжена двумя неподвижными электрю Дс1ми 7 и 8, подключенными к схеме автогенератора 9. Обкладки плоского воздушного конденсатора 4 и 5 подключены к юстировочному шунту 10. Датчик перемещений работает слеующим образом. Пьезопластина б с неподвижньми лектродами 7 и 8 и обкладками плосого воздушного конденсатора 4 и 5 актически образуют в теле пьезоластины пьезотрансформатор, вход оторого через электроды 7 и 8 подлючен к схеме автогенератора 9, а ыход через обкладки конденсатоа 4 и 5 зашунтирован юстировочным унтом 10, настроенным в резонанс с ктивной зоной пьезопластины. Так как Пьезопластина.б включена ерез неподвижные электроды 7 и 8 в схему автогенератора в качестве астотозаданадего элемента,а неподижные электроды имеют акустическую связь с периферийной зоной пьезопластины 6, размещенной между обкладками 4 и 5 плоского воздушного конденсатора, зашунтированного юстировоч ным шунтом 10, то частота автоколебаний автогенератора 9 в первом приближении определена по форулеF fo+f fb+fcB+fui (1) где f - Собственная резонансная частота активной зоны пьезопластины 6 с электродами 7 и 8; ,+fai - частотный сдвиг, обусловленный электроакустическими параметрами связи активной и периферийной зон пьезопластины 6 и электроакустическими ndpaметрами периферийной зоны, зашунтированной конденсатором с ЮСТИЕЮВОЧНЬМ шунтом 10. При подаче сигнала перемещения, которое может быть вызвано, как собственно перемещением, так и ускорением, вибрациями или сейсмическим сигналом, на упругую механическую систему 2 маятник 3 изменит свое положение относительно пьезопластины б. Как следствие, изменится глубина погружения периферийной зоны пьезопластины в зазор между обкладками 4 и 5 плоского воздушного конденсатора. Этоприведет к изменению коэффициента акустической связи между периферийной и активной зонами пьезопластинами б а также величины шунтирующего импеданса Хщ периферийной зоны с конденсатором и юстировочнь шунтом 10. в результате на некоторую величину &f изменится частота автоколебаний автогенератора 9, которую в первом йриближении можно определить по формуле {-Л свКцс+А и.Чш, (г)

где Кц и - соответственно, частотный коэффициент акустической связи и шунтируивдёго импедан .са периферийной зоны Как видно из выражения .(2)измене ние частоты Af автоколебаний автогенератора 9 в предлагаемом датчике будет на величину больше г чем в известном устройстве, следовательно, будет выше и его крутизна преобразования. -

Бели рассмотреть выражения для погрешностей предлагаемого датчика перемещений dVi и известного пьеэоэлек-трического датчика (Гц :

сГ.н1-сГ,Гц

rfn °с м Р

где (fj,, , fJ, , dp - соответственно, погрешности, вносимые подвижными цепями коммутации (модуляцией паразитной емкости и индуктивности) в известном пье зЬэлектрическом датчи ке,а также начальной расстройкой частоты автоколебаний автогенератора, вслед- ствие отсутствия юстировочного шунта}

.d;,/ погрешности,,вносимые соответственно нестабильностью автогенератораг упругой . механической системы,

конденсатором или : подвижным электродом, для известного устройства,

то можно сделать вывод о том, что погрешность предлагаемого датчика пе ремещений на величину dJj+dSli+cfp мень-, ше, чем у известного датчика.

-Таким образом, введение но5вых элементов и схемы коммутации в конструкцию датчика перемещений позволяет избежать дополнительных погрешностей и обеспечить, тем самьм, более высокую точность измерения.

ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содер . жащий пьезопластину с периферийной и активной зонами, с двумя неподвижньми электродами и схему автогенератора, о т л и ч а ю ед и и с я тем, что, с целью повышения TOiHOCти измерения, он снабжен упругой механической системой с маятником, на котором расположены обкладки плоского воздушного конденсатора, и юстиров очным шунтом, подключенным к обкладкам между которыми размещена периферийная зона пьезопластины, а неподвижные электроды подключены к ;ав тогенератору.