Датчик перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

05 О ОС 00

ю

1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть испол зовано для точного измерения перем щений и температуры. По основному авт. св. № 727976 известен датчик перемещений, соде жащий пьезоэлемент с двумя электродами, включенными в схему электронного возбудителя и регистратор, причем один из электродов жестко закреплен на пьезоэлементе и выпол нен переменной толщины, а второй электрод установлен с возможность перемещений вдоль поверхности пьез элемента ClJ. Недостаток известного устройств состоит в Иезависимости измерения температуры и невысокой точности измерения перемещений из-за малой крутизны преобразования перемещение-частота и существенной температурной погрешности. Цель изобретения - повышение точ ности измерений и одновременное измерение температуры. Указанная цель достигается тем, что датчик перемещения снабжен вклю ченными соответственно между выходо электронного возбудителя, суммирующи-м и вычитающим входами регистрато последовательно соединенными полосовым фильтром и усилителем высокой частоты, и фильтром низких частот и вторым усилителем высокой частоты, а электронный возбудитель выполнен виде двухчастотного ав огененатора На фиг. 1 представлена функцио нальная схема датчика перемещений,на фиг. 2 - спектр колебаний, получаемых на выходе автогенератора; на фиг. 3 - принцип формирования ха рактеристики преобразования перемещецие-частота датчика перемещений. Датчик перемещений содержит пьезоэлемент 1, электроды 2 и 3 которо го включены к входам электронного возбудителя 4, причем электрод.2 жестко закреплен на пьезоэлементе 1 и выполнен переменной толщины, в данном случае имеет форму ступеньки, а электрод 3 установлен с возможностью перемещения вдоль поверхности пьезоэлемента 1. Датчик перемещений снабжен вклю ченными соответственно между выходом электронного двухчастотного автогенератора 4 исуммирующим и вычитающим входами, регистратора 5 последовательно соединенными полосовым фильтром 6, и усилителем 7 высокой частоты и фильтром 8 низких частот и вторым усилителем 9 высокой частоты, а электронный возбудитель .выполнен в виде двухчастотного автогенератора 4. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии подвижный электрод 3 пьезоэлемента 1 установлен так, чтобы его плоскость симметрии проходила вдоль плоскости раздела неподвижного электрода 2 на две разнотолщинные части одинаковой формы и площади. В пьезоэлементе 1 возникают два ангармонических колебания, причем вследствие эффекта захвата.энергии , энергия одного из них в основном сосредоточена между электродом 3 и перекрывающейся с ним частью электрода 2 меньшей толщины |частота w), а энергия второго сосредоточена Ё основном между электродами 3 и перекрывающейся с ним более толстой частью электрода 2 (частота и . Разность между частотами и) и 1«2 определяется разностью масс вышеупомянутых разнотолщинных частей электрода 2, перекрывающихся площадью подвижного электрода 3, т.е. находящихся в активных зонах каждого из колебаний. Поскольку обеспечивающий одновременно генерацию колебаний с частотами (JJ и двухчастотный автогенератор 4 содержит активный нелинейный элемент - транзистор, то в спектре выходного сигнала этого генератора присутствуют составляющие с частотами nu; t где т,и пцелые числа. При этом максимальные амплитуды имеют составляющие спектра выходного сигнала с разностной частотой сур Со, - си-,Хфиг. 2) и с суммарной частотой . и;2 , которые можно легко выделить с помощью фильтра 8 низких частот и по-, лосового фильтра 6 соответЪт1венно. Далее усиленные с помощью усилителей 7 и 9 высокой частоты сигналы разностной и суммарной частот поступают на входы регистратора 5. Так как в исходном состоянии перемещение ЛС О, подвижный, электрод 3 пьезоэлемента 1 установлен Ьимметрично относительно- границы раздела электрода 2 на две разнотолщинные части, то при отклонении элек трода 3 вправо увеличивается масса электрода 2 в активной зоне колебаний с резонансной частотой ш и эта частота уменьшается по величине (фиг, 3), в то же врейя уменьшается масса электрода 2 в активной зоне колебаний с резонансной частотой ujj , которая соответственно растет (фиг. 3, т.е. частоты и и 2 при изменении величины перемещении изменяются в прртивоположные стороны. Аналогичная картина наблюдается при отклонении подвижного электрода 3 влево,- когда частоты tu и ш движутся по шкале частот навстречу друг другу (фиг. 3). В результанте при

ДАТЧИК nEPEMEIltEHHR по авт. св. 7279,7€, о т л и ч а то щ и и с я тем, что, с целью повыиения точности измерений и одновременного измерения температуры, он снабжен включенными соответственно между выходом электронного возбудителя, суммирующим и вычитающим входами регистратора последовательно соединенными пс1ЛосОвым фильтром и усилителем высокой частоты и фильт ром низких частот и вторым усилителем высокой частоты, а электронный возбудитель выполнен и виде :flByknacTOTHOro автогенератора.