Датчик давления на поверхностных акустических волнах Советский патент 1984 года по МПК G01L11/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления жидких и газообразных сред. Известны датчики давления на поверхностных акустических волнах (ПАВ) содержащие автогенератор с частотозадающим элементом, выполненным в виде линиц задержки или резонатора на ПАВ l . Недостатком данных датчиков давления на ПАВ является узкий диапазон измеряемых давлений, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик давления на ПАВ, содержащий автогенератор с частотозадающим элементомj выполненным в виде пьезоэлектрической пластины, на одной грани которой выполнена плоская цилиндрическая выемка, образующая плоскую круглую мембрану, а на противоположной грани расположены два встречно-штьтревых преобразователя (ВШП) ПАВ, размещенные в одном акустическом канале и подсоединенные к автогенератору 2j. Недостатком известного датчика давления на ПАВ является узкий диапазон измеряемых давлений, обусловленный тем, что в круглой жестко защемленной мембране (с низким коэффициентом защемления) наличествуют области с противоположными по знаку деформациями, .что приводит к компенсации реакции мембраны на внешнее воздейст. вие. Целью изобретения является расшире ние диапазона измеряемых давлений. Поставленная цель достигается тем что в датчике давления на ПАВ, содержащем автогенератор с частотозависимым элементом, выполненным в виде пьезоэлектрической пластины, на одной грани которой выполнена выемка, а на противоположной грани расположены два ВШП; ПАВ, размещенные в одном акустическом канале и подсоединенные к актогенератору, выемка в пьезоэлект рической пластине выполнена с попе- речным сечением в форме прямоугольника, две стороны которого параллельны электродам ВШП и полностью перекрьшают акустический канал по аперту ре, а глубина выемки постоянна по . апертуре акустического канала и монотонно изменяется в направлении, перпендикулярном электродам ВШ, уменьшаясь от центральной области выемки к ее периферии. На фиг. 1 изображен датчик давления на ПАВ; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Датчик давления на ПАВ (фиг. 1) содержит автогенератор 1 и частотозадаюпрй элемент, вьтолненный в виде пьезоэлектрической пластины 2, на одной грани которой выполнена выем-г ка 3, (фиг. 2а, б), а на противоположной грани расположены два ВШП 4 и подсоединены к автогенератору. Выемка 3 имеет поперечное сечение в форме прямоугольника (пунктир на. фиг. 1), две стороны 5 и 6 которого параллельны электродам ВШП 4 и полностью перекрывают акустический канал по апертуре, а две другие стороны 7 и 8 перпендикулярны электродам ВШП 4. Глубина выемки 3 постоянна по апертуре акустического канала и монотонно изменяется в направлении, перпендикулярном электродам ВШП, уменьшаясь от центра к периферии выемки (фиг. 2а, б). Датчик давления на ПАВ работает следующим образом. В отсутствие внешнего воздействия (давления) на мембрану, образованную выемкой 3 в пьезоэлектрической пластине. 2, частота автогенератора неизменна и определяется типологией ВШП 4 и скоростью ПАВ в материале пьезопластины 2. При приложении внешнего воздействия (давления) к мембране, .образованной выемкой 3 в пьезоэлектрической пластине 2, частота автогенератора изменяется вследствие изменения скорости ПАВ за счет вклада нелинейной упругости материала пьезопластины 2, а также частичнр за счет искривления звукопровода изза прогиба мембраны и за счет изменения расстояния мевду ВШП 4. При этом изменение частоты автогенератора однозначно связано с изменением измеряемого давления, что позволяет по изменению частоты автогенератора измерять величину давления, воздействующего на чувствительный элемент (мембрану) датчика. Вьтолнение в пьезоэлектрической пластине выемки, имеющей прямоугольную форму, с изменяемой глубиной в направлении, перпендикулярном электродам ВШП, и описанной ориентацией

31

по отношению к ВШП, образующей прямо угольную мембрану с увеличивающейся в направлении акустической оси от центра к периферии толщиной, позволяет в сравнении с круглой мембраной увеличить коэффициент жесткости защемления мембраны и, тем самым, уменьшить размер области мембраны с деформацией противоположного знака.

1310244 .

- что в конечном итоге расширяет диапазон измеряемых давлений.

Дополнительным ;4остоинством предлагаемого датчика давления на ПАВ J является его более высокая технологичность в сравнейии с датчиком с круглой мембраной и, как следствие, более высокий процент выхода годных изделий при массовом производстве.

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ, содержащий автогенератор с частотозадаю1Щ1М элементом, выполненным в виде пьезоэлектрической пластины, на оДной грани которой выполнена выемка, а на противоположной грани располо Фи&.Г жены два встречно-штьфевых преобразователя поверхностных акустических волн, размещенные в одном акустическом канале и подсоединенные к автогенератору, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых давлений, выемка в пьезоэлектрической пластине выполнена с поперечным сечением в форме прямоугольника, две стороны которого параллельны электродам встречно-штыревого преобразователя и полностью перекрывают акустический канал по апертуре, а глубина выемки постоянна по апертуре акустического канала и монотонно изменяется в направлении, перпендикулярном электродам встречноштыревого преобразователя, уменьшаясь от центральной области вЫемки к ее периферии.

-/4

фиг-2

S-6.

/

.// /У///У777 1

Фш.З