Время-импульсный измерительный преобразователь Советский патент 1985 года по МПК H03M1/82 

СП

00

оэ со

4

Изобретение относится к времяимпульсным преобразовательным устройствам и предназначено для использования в импульсной и измерительной технике.

Известны времяимпульсные преобразователи напряжения, Осуществляющие преобразование напряжения во временной интервал - в электрический импульс, и содержащие входные электрические цепи, генератор пилообразного напряжения и устройство сравнения lJ

Недостаток известных преобразователей - значительные энергозатраты, так как все элементы потребляют электрическую энергию.

Наиболее близким к изобретению является времяимпульсный измерительный преобразователь, содержащий кристаллическую пластину с электродами, а также излучатель и фотоприемник, причем кристаллическая пластина выполнена из материала типа сегнетоэлектрик t2l.

Недостатком известного устройства является его сложность, поскольку световой поток должен падать на кристалл под определенным углом, близким к углу Врюстера. Это требует весьма точного расположения излучателя и фотоприемника относительно кристалла и обязательного использования лазера, так как световой поток дошсен быть строго колзтмирован.

Кроме этого, устройство характеризуется узкими функциональньми нозможйостямн, поскольку может преобразовывать во временной интервал только сигналы электрической природы.

Цель изовретения - упрощение времяимпульсногопреобразователя, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения преобразования механических сигналов, а также за счет придания ему функции электрмчеханического реле.

Поставленная цель достигается тем, что во времянмпульсном измерит тельном преобразователе, содержащем кристаллическую пластину с электро дамн, пластина выполнена из материала типа сегнетоэластик.

Кроме того, кристаллическая пластииа выполненаиз сегнетоэластика Йг(Мод4)д.

Кристаллическая пластина одним концом пгикреплена к диэлектрической подложке, на ее противоположном

конце установлен первый металлический контакт, а второй металлический контакт закреплен на диэлектрической подложке. -.

К одной из граней кристаллической пластины прикреплен силовводящий элемент.

На фиг, 1 изображена конструкция yJTpoйcтвa; на фиг, 2 - место крепления силовводящего элемента; на .фиг. 3 - схема, поясняющая принцип функционирования устройства,

Преобразователь содержит кристаллическую пластину 1 (фиг. 1) с электродами 2, металлические контакты 3 и 4 и диэлектрическую подложку 5, Кристаллическая пластина 1 крепится одним концом к диэлектрической подложке 5, например, с помощью эпоксидной смолы 6. Противоположный конец кристешлической пластины свободен, т.е. не связан с подложкой и на нем установлен металлический контакт 3.

Этот контакт также крепится слоем 7 соответствующего клея, например эпоксидной смолой. Другой металлический контакт 4 закрепляется на диэлектрической подложке 5.

К одной из граней кристаллической пластины прикреплен силовводящий элемент 8 (фиг, 2), Электроды 2 служат для приложения переменного напряжения питания и преобразуемого электрического сигнала Ug, , Силовводящий элемент 8 предназначен для приложения преобразуемого механического усилия FB,( . Силовводящий элемент может,быть .выполнен, например, из ситалла, эпоксидных смол или другого диэлектрика.

Устройство работает следуияцим образом.

Как известно, зависимость поляризации Р сегнетоэластика от приложенного переменного (переключающего) напряжения имеет вид петли гистерезиса (фиг. 3).

Пусть к электродам сегнетоэластического элемента приложено переключаняцее синусоидальное напряжение. При достижении синусоидой уровня порогового напряжения петли гестезиса +и„ (точка « на синусовде фиг. 3), кристалл перейдет в верхнее по петле гистерезиса состояние.

Характерной особенностью переключаемого электрическим полем сегнетомоментэластика является то, что в проходит переключения через кристалл 1гмпульс тока. На фиг. 3 это импульс 1, соответствующий точке « на синусоиде . Дальнейшее изменение синусоид не приводит к существенным изменениям тока до тех пор, пока она не достигнет точки ё. В этой точке синусбида достигает уровня порогового на пряжения -Up и кристалл переключается в нижнее по петле гистерезиса состояние В этот момент через сегнетоэластичный элемент пройдет отрицател ный импульс тока Ij. Таким образом, за один период си- нусоиды через сегнетоэластичный элемент пройдет два равнополярных импул сов тока и l,j , временной интервал fcj между которыми равен половине периода синусоиды f Т/2. Если к элементу кроме переключающего напряжения прикладывать некоторое аналоговое входное напряжение Ugjj , то это приведет к петли гистерезиса вдоль оси электрического поля, что проявляется в изменении величины пороговых напряжений петли гистерезиса. На фиг. 3 смещенная петля показана штриховой линией, и теперь eft пороговые напряжения имеют значения +U,, и -Uf,- В результате смещения петли (фиг. 3) сместятся, и точки пересечения синусоиды с уровнями пороговых напряжений (теперь эти точки ии s. Точкам « и на синусоиде будут соответствовать импульсы тока переключения 1,и 1, временной интервал между которыми . меньше интервала Са, который был при отсутствии Ug. При изменении полярности напряжения Ugx петля гистерезиса сместится в противоположную сторону, что приведет к увеличению интервала времени между импульсами переключения. / Таким образом, интервал времени Т между равнополярными импульсами (тока, текущими через сегнетоэластичйый элемент, переключающийся под действием электрического поля, зависит от напряжения . , Если к.сегнетоэластическому элемен ту приложить в соответствующем на правлении некоторое механическое усилие Fen , создающее давление, то это также приводит к смещению петли гистерезиса, так как действие на кристалл сегнетоэластика электрического напряжения U. и механического усилия Fg эквивалентны. Следо вательно, временной интервал Г между разнополярными электрическими импульсами, протекающими через сегнетоэластичный элемент при приложении к нему переменного напряжения, определяется электрическим аналоговым напряжением Ug и механическим усилием Fg . Основным свойством сегнетоэластиков является наличие спонтанной деформации, которая может быть изменена (переключена) внешним электрическим напряжением. При этом, если один край кристаллической пластины жестко закреплен, то переключение происходит как бы перемещением свободного конца кристаллической пластины на некоторое расстояние d (фиг. 2). Таким образом, при приложении к электродам 2 переменного напряжения питания и входного напряжения -Ug металлические контакты 3 и 4 будут периодически замыкаться. Если к контактам подключить любой источник электропитания, то импульсы тока в.цепи контактов будут иметь длительность (Г, несущую информацию о напряжении U, устройство выполняет функцию времяимпульсного преобразователя напряжения. Кристаллическую пластину целесо- образно изготавливать из сегнето- эластика. Cd,j(Mo04)3. Эти кристаллы технологичны и могут производиться серийно, имеют высокую термостабильность и малые напряжения переключения , Преимуществами предлагаемого устройства являются широкие функциональые возможности, так как оно выполяет функции не только времяимпульсного преобразователя, но и электромехаического реле, а также осуществляет реобразование не только электричесих, но и механических сигналов. Кроме того, для него характерны ростота конструкции и энергетичесая экономичность. а «t а фаз. 1

1. ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий кристаллическую пластину с электродами, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразова теля-, кристаллическая пластина вьшолнена из материала типа сегнетоэластик. 2.Преобразователь по п. 1, о тлич ающий с я тем, что крл1- сталлическая пластина выполнена из сегнетоэластика GdjCMoO),. 3.Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, кристаллическая пластина одним концом прикреплена к диэлектрической подложке, на ее противоположном конце установлен первый металлический контакт, а второй металлический контакт закреплен на диэлектрической, подложке . 4.Преобразователь по пп. 1 и 2, 5 отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя, к одной из граней кристаллической пластины прикреплен силовводящий элемент.

Фиг. 2