Сенсорный переключатель Советский патент 1986 года по МПК H03K17/945 H03K17/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления.

Целью изобретения является повышение надежности сенсорного переключения при работе в уаювиях ударно-механических воздействий за счет использования резонанса поверхностно-акустических волн (ПАВ).

зонансная полость. Энергия колебаний подводится и отводится из резонансной полости пьезоэлектрическими преобразователями 1 и 2, выполняющими роль связи с резонансной полостью. Подводимая к резонатору энергия колебаний за счет обратного пьезоэффекта преобразуется преобразователем 1 в поверхностные акустические волны, которые распространяются в пьезоэлектрическом слое 10, поверхностном слое диэлектрической подНа фиг. 1 представлена функциональная 10 ложки 11 и защитной пленке 12 в двух

схема сенсорного переключателя; на фиг. 2 - конструкция резонатора ПАВ (разрез А-А на фиг. 1).

Сенсорный переключатель содержит первый и второй 2 пьезоэлектрические преобразователи, усилитель 3, детектор 4, пусковой блок 5, выходную шину 6. Первый вывод первого пьезоэлектрического преобразователя 1 подключен к входу детектора 4 и выходу усилителя 3, вход которого соединен с первым выводом второго пьезо- 20 электрического преобразователя 2, второй вывод которого подключен к второму выводу первого пьезоэлектрического преобразователя 1 и к общему проводу, а выход детектора 4 соединен через пусковой блок 5

противоположных направлениях: в сторону преобразователя 2 и в сторону отражательной решетки 8. ПАВ, отраженная от рещет- ки 8, складывается с ПАВ, излучаемой преобразователем 1, и распространяется по резонансной полости в направлении преобразователя 2 и отражательной рещетки 7. Часть энергии ПАВ с помощью преобразователя 2 преобразуется в электрический сигнал, поступающий затем на вход усилителя 3, а остальная часть энергии ПАВ вновь отражается в направлении преобразователей 1 и 2 отражательной решетки 8. Усиленные сигналы с выхода усилителя 3 поступают на преобразователь 1. Таким образом, усилитель 9 и резонатор на ПАВ обс выходной щиной 6. Пьезоэлектрические25 разуют генератор синусоидальных колебаний, преобразователи 1 и 2, выполненные в видечастота которого определяется резонанс- встречно-штыревых структур, и отражатель-ной частотой резонатора. Многократно от- ные решетки 7 и 8, сформированы по оберажаясь, ПАВ образуют в резонансной

стороны от сенсорной площадки 9 в пьезоэлектрическом слое 10, нанесенном на общую диэлектрическую подложку 11 и образуют резонатор на ПАВ, покрытый защитной металлической пленкой 12. Резонатор закреплен на основании 13.

Пусковой блок 5 представляет собой бистабильное пороговое устройство и может быть выполнен по любой из известных схем, например, триггера Шмитта.

Сенсорный переключатель работает следующим образом.

При подаче напряжения на выходе уси30

35

полости стоячие волны. В полосе частот, близкой к резонансной частоте, определяемой скоростью распространения ПАВ в пьезоэлектрическом слое 10 и геометрическими размерами элементов 1, 2, 7 и 8, модуль коэффициента передачи имеет максимальное значение. Потери энергии ПАВ в системе усилитель - резонатор на ПАВ являются незначительными, определяются, в основном, потерями на генерацию других мод колебаний, рассеянием на отражательных рещетках 7 и 8 и дифракционными потерями и компенсируются усилителе.м 3. Напряжение с

лителя 3 за счет внутренних шумов усили- 40 выхода усилителя 3 поступает на вход ам- теля возникают электрические сигналы, нося- плитудного детектора 4, с выхода которого

щие случайный характер. В пьезоэлектрическом слое 10, нанесенном на общую диэлектрическую подложку 11 резонатора на ПАВ, энергия электрических сигналов преоб- ,, разуется в энергию ПАВ за счет обратного пьезоэффекта. Резонатор на ПАВ представляет собой пьезозвукопровод, на концах которого размещены отражательные решетки

7 и

постоянная составляющая, пропорциональная амплитуде высокочастотного сигнала, подается на пусковой блок 5, удерживая его 3 одном из устойчивых состояний.

При касании сенсорной площадки 9, находящейся между преобразователем 1 и отражательной решеткой 8 с одной стороны и преобразователем 2 и отражательной

действующие как распределенный

решеткой 7 с другой стороны, резко воз- отражатель с пространственным периодом, 50растают потери энергии в резонаторе на равным половине рабочей длины ПАВ. Каж-ПАВ, что обуа ювлено рассеянием ПАВ на дый из элементов отражательных решетокгранице соприкосновения нагружающего 7 и 8 отражает лишь малую часть энергиипредмета с сенсорной площадкой 9 и попадающей на него ПАВ. За счет синфазногоглощением ПАВ за счет вязкостного трения сложения большого числа отраженных час-в нагружающем предмете, вследствие чего тичных волн общий коэффициент отраже- 55увеличивается коэффициент затухания резо- ния ПАВ на рабочей частоте приближа-натора на ПАВ. Увеличение коэффицента ется к единице. Таким образом, между отра-затухания резонатора на ПАВ приводит к жательными решетками 7 и 8 образуется ре-срыву генерации и исчезнованию перемензонансная полость. Энергия колебаний подводится и отводится из резонансной полости пьезоэлектрическими преобразователями 1 и 2, выполняющими роль связи с резонансной полостью. Подводимая к резонатору энергия колебаний за счет обратного пьезоэффекта преобразуется преобразователем 1 в поверхностные акустические волны, которые распространяются в пьезоэлектрическом слое 10, поверхностном слое диэлектрической под ложки 11 и защитной пленке 12 в двух

противоположных направлениях: в сторону преобразователя 2 и в сторону отражательной решетки 8. ПАВ, отраженная от рещет- ки 8, складывается с ПАВ, излучаемой преобразователем 1, и распространяется по резонансной полости в направлении преобразователя 2 и отражательной рещетки 7. Часть энергии ПАВ с помощью преобразователя 2 преобразуется в электрический сигнал, поступающий затем на вход усилителя 3, а остальная часть энергии ПАВ вновь отражается в направлении преобразователей 1 и 2 отражательной решетки 8. Усиленные сигналы с выхода усилителя 3 поступают на преобразователь 1. Таким образом, усилитель 9 и резонатор на ПАВ образуют генератор синусоидальных колебаний, частота которого определяется резонанс- ной частотой резонатора. Многократно от- ражаясь, ПАВ образуют в резонансной

разуют генератор синусоидальных колебаний, частота которого определяется резонанс- ной частотой резонатора. Многократно от- ражаясь, ПАВ образуют в резонансной

полости стоячие волны. В полосе частот, близкой к резонансной частоте, определяемой скоростью распространения ПАВ в пьезоэлектрическом слое 10 и геометрическими размерами элементов 1, 2, 7 и 8, модуль коэффициента передачи имеет максимальное значение. Потери энергии ПАВ в системе усилитель - резонатор на ПАВ являются незначительными, определяются, в основном, потерями на генерацию других мод колебаний, рассеянием на отражательных рещетках 7 и 8 и дифракционными потерями и компенсируются усилителе.м 3. Напряжение с

выхода усилителя 3 поступает на вход ам- плитудного детектора 4, с выхода которого

постоянная составляющая, пропорциональная амплитуде высокочастотного сигнала, подается на пусковой блок 5, удерживая его 3 одном из устойчивых состояний.

При касании сенсорной площадки 9, находящейся между преобразователем 1 и отражательной решеткой 8 с одной стороны и преобразователем 2 и отражательной

решеткой 7 с другой стороны, резко воз- растают потери энергии в резонаторе на ПАВ, что обуа ювлено рассеянием ПАВ на границе соприкосновения нагружающего предмета с сенсорной площадкой 9 и поглощением ПАВ за счет вязкостного трения в нагружающем предмете, вследствие чего увеличивается коэффициент затухания резо- натора на ПАВ. Увеличение коэффицента затухания резонатора на ПАВ приводит к срыву генерации и исчезнованию переменного напряжения на выходе усилителя 3, вследствие чего изменяется напряжение на выходе детектора 4, а пусковой блок 5 переключается в другое устойчивое состояние. Таким образом, происходит срабатывание сенсорного переключателя. После снятия нагружения сенсорной площадки 9 генерация возобновляется и пусковой блок 5 вновь возвращается в исходное устойчивое состояние.

Формула изобретения

Сенсорный переключатель, содержащий пусковой блок, сенсорную площадку, первый пьезоэлектрический преобразователь, акустически связанный с сенсорной площадкой, и детектор, вход которого соединен с первым выводом первого пьезоэлектрического преобразователя, выход подключен к входу пускового блока, выход которого яв////////////////////7//////////////////77

13

ляется выходо1М переключателя, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности за счет снижения чувствительности к ударно-механическим воздействиям, в него

введены второй пьезоэлектрический преобразователь и усилитель, вход которого соединен с первым выводом второго пьезоэлектрического преобразователя, выход подключен к входу детектора, а вторые выводы первого и второго пьезоэлектрических

преобразователей соединены с общим проводом, при этом пьезоэлектрические преобразователи, выполненные в виде встречно- штыревых структур, и отражательные рещет- ки, сформированные по обе стороны от сенсорной площадки в пьезоэлектрическом слое, нанесенном на общую диэлектрическую подложку, образуют резонатор на поверхностно-акустических волнах, покрытый защитной метал.тической пленкой.

Фиг. 2.

Изобретение может быть использовано в системах автоматического контроля и управления. Цель изобретения - повышение надежности в работе. Энергия электрических сигналов от усилителя (У) 3 преобразуется в энергию поверхностно-акустических волн (ПАВ) в пьезоэлектрическом слое 10 резонатора на ПАВ. Последний представляет собой пьезозвукопровод и образован отражательными решетками 7 и 8, сформированными по обе стороны от сенсорной площадки 9, металлической пленкой 12 и диэлектрической подложкой 11. Между отражательными решетками 7 и 8 образуется резонансная полость. Пьезоэлектрические преобразователи 1 и 2 подводят и отводят энергию колебаний. Часть энергии ПАВ через преобразователь 2 поступает на У 3, остальная часть отражается в направлении отражательной решетки 8. У 3 и резонатор на ПАВ образуют генератор. Отражаясь, ПАВ образует в резонансной полости стоячие волны. При касании сенсорной пло- ш.адки 9 резко возрастают потери энергии в резонаторе на ПАВ, коэффициент его затухания увеличивается. Происходит срыв генерации и исчезновение переменного напряжения на выходе У 3, изменяется нaпpЯJ жение на выходе детектора 4, а пусковой блок 5 переключается в другое устойчивое состояние. 2 ил. i (О о со 00 О1