Акселерометр с преобразователем поверхностно-акустических волн Советский патент 1985 года по МПК G01P15/08 

Л-А

35

эо х

W

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к акселерометрам с первичным преобразователем акусто-электронного типа.

Известны акселерометры с акустоэлектронными преобразователями, расположенными на упругих пластинчатых и мембранных подвесах lj и 2 .

Однако данные акселерометры имеют относительно низкую точность измереНИН, обусловленную низкой температурной стабильностью преобразователей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержа14;ее закрепленньш в i opnyce консольный чувствительный элемент с акустоэлектронным преобразователем, расположенным на поверхности консоли 3.

Недостаток известного устройства - относительно низкая точность измерения ускорения вследствие дрейфа нуля акселерометра от изменения модуля упругости при наличии градиен тов температур. Относительно большой температурный коэффициент приводит к изменению крутизны преобразования силы в деформацию поверхностного сло

упругого чувствительного элемента. I

Целью изобретения является повышение точности измерения ускорений.

Указанная цель достигается тем, что в акселерометре с преобразователем поверхностно-акустических волн (ПАВ),, содержащем закрепленный в корпусе консольный чувствительный элемент с акустоэлектронным преобразователем, расположенным на поверхности консоли, чувствительньй элемент выполнен в виде двух идентичных пар, осесимметрично закрепленных в корпусе, пластин, инерционные массы на концах которых установлены со смещением от продольных осей пластин в направлении друг к другу у входных акустоэлектронных преобразователей и противоположно у выходных, причем пластины выполнены из анизотропного материала с изгибной жесткостью в направлении распространения волны меньшей, чем у материала корпуса в месте закрепления, и скруглены на концах, противоположных инерционным массам, при этом входные акустоэлектронные преобразователи каждой пары расположены по одну сторону, а выходные - по другую сторону от места закрепления пластин.

На фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схема устройства, вид спереди (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - то же, вид сверху со снятой крьшкой; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Акселерометр с тензопреобразователем ПАВ содержит две пьезокварцевые пластины 1 и 2, имеющие повернутый у-х-срез и жестко закрепленные посередине в держателе 3, 4. Держатель 3,4изготовлен из материала, модуль Юнга и модуль сдвига которого превышают соответствующие модули для пластин. Нижняя часть 3 держателя соединена с корпусом 5 твердым припоем 6. С помощью верхней части 4 держателя и слоя стеклоцемента 7 пластины 1 и 2 неподвижно фиксируются в держателе. Срез кристалла, из которого изготовлены пластины, обладает минимальным температурным коэффициентом модуля упругости и максимальным коэффициентом тензочувствительности скорости к сдвиговой деформации. По обе стороны от держателя 3,4 на верхней поверхности .пластины 1 сформированы входной 8 и выходной 9 встречно-штыревые преобразователи (ВШИ) поверхностно-акустических волн, образующие линию задержки, а на нижней поверхности пластины 2 - ВШП 10 и 11. На диагонально противоположных углах пластин 1 и 2 расположены инерционные массы 12, 13 и 14, 15 соответственно. Свободные углы пластины скруглены по дуге окружности с радиусом, равным ширине пластин. Герметизирующая крышка 16 и дно корпуса 5 выполняют роль упоров при перегрузке. Гермовводы 17-20 и 21-24 использованы для соединения ВШП с электронной схемой ПАВ-генератора.

Устройство работает следующим образом.

С помощью входного ВШП В в первой пластине возбуждается ПАВ-1, которая распространяется вдоль поверхностного слоя, проходит область крепления в держателе и- достигает выходной ВШП 9 за времй Т. Одновременно во второй пластине с помощью входного ВШП 1.0 возбуждается ПАВ-2, которая аналогичным образом, распространяясь вдоль нижнего поверхностного слоя, достигает выходной ВШП 11 за время Tjp. При наличии ускорения, вектор

которого направлен перпендикулярно поверхности пластин, происходит изменение времени задержки Тц, и Tj. Возникающие усилия вызывают деформации кручения пластины 1 по часовой стрелке, а пластины 2 против часовой стрелки. В результате время задержки I1AB-1 увеличивается, а ПАВ-2 уменьшается

Т, Т,„ + йТ, , (1)

Деформации изгиба, возникающие в пластинах, дополнительно изменяют время задержки ПАВ

T;.VuVM;MT,T,-Mj-4Tj . (2)

в уравнениях (1) и (2) величины &Т,, &Т2 определяют абсолютное изменение времени задержки ПАВ за счет изменения фазовой скорости ПАВ от деформации кручения, а йТ, , ft Т - за счет деформаций изгиба. Вследствие диагоиального расположения инерционных масс /&Т,,/ и/лТ2/ /лТг/,

При нагревании пластин происходит одинаковое по знаку изменение времени задержки ПАВ за счет изменения длины акустического пути и начальной

скорости волн , т (,лТ, + йТилТ 1

)- 2-&T2 + MtJ. (3)

Поскольку в данном случае деформации изгиба значительно меньше деформаций кручения, то изменение крутизны нагрузочной характеристики ускорение - время задержки от температуры может происходить в основном за счет изменения величины сдвиговых деформаций пропорционально ТКМУ сдвига. Однако срез пластин выбран таким образом, что изменения модулей сдвига при нагревании (охлаждении) имеют минимально возможные значения. С учетом вьшеизложенного уравнения (3) принимают вид

. 1

T,)T,t4Tt/iT,

(4)

.

( В ПАВ-генераторах изменение частоты обратно по знаку изменению времени задержки. При дифференциальном включении генераторов происходит вычитание частот

ubVt,f,o ui +b{t-l,o-Ati/&t,(5)

При условии ,o,; bft,-Aft,; uf2«uf,Afo, получим , т.е. изменение разностной частоты проис ходит практически только за счет деформаций кручения и не зависит от температуры так как срез пластин с минимальным (нулевьм) ТКМУ сдвига.

Таким образом, конструкция устройства обеспечивает повышение точности измерения ускорения при минимальном влиянии, изменения температуры окружающей среды.

22

г.2

6-6

Фм.Э

Z5 г

АКСЕЛЕРОМЕТР С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН (ПАВ), содержащий закрепленный в корпусе консольный чувствительный элемент с акустоэлектронным преобразователем, расположенным на поверхности консоли, о тличающи йft.ft:. .13 те 7;:;:г.::;л §11 Л110ТЁ)Д с я тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, чувствительньй эйемент выполнен в виде Двух идентичных пар, осесимметрично закрепленных в корпусе, пластин, инерционные массы на концах которых установлены со смещением от продольных осей пластин в направлении друг к другу у входных акустоэлектронных преобразователей и противоположно у выходных, причем пластины выполнены из анизотропного материала с изгибной жесткостью в направлении распространения волны меньшей, чем у материала корпуса в месте закрепления, и скруглены на концах, противоположных инерционным массам, при этом сл входные акустоэлектронные преобразователи каждой пары расположены по одну сторону,а выходные - по другую сторону от места закрепления пластин.