Пьезоэлектрический датчик Советский патент 1987 года по МПК G01L1/16 G01L9/08 

Изобретение относится к электрическим измерениям неэлектрических величин с помощью пьезоэлектрических преобразователей и может быть использовано для измерения сил, давлений и т. д.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На чертеже представлен пьезоэлектрический датчик.

Датчик содержит пьезоэлементы 1, 2, между которыми расположена прокладка 3, генератор 4 электрических сигналов, подключенный к электрода.м пьезоэлемента 2, измерительное устройство 5, подключенное к электродам пьезоэлемента 1 и содержащее параллельно включенные светодиод 6, фильтр-пробку 7 и дискриминатор 8 полярности, подключенный к выходу фильтра- пробки 7.

Пьезоэлектрический датчик давления работает следующим образом.

Генератор 4 электрических сигналов настроен на резонансную частоту пьезоэлектрического трансформатора, образованного пьезоэлементами 1, 2 и упругим элементом 3. Пьезоэлемент 2 преобразует электрические колебания в механические, которые передаются через прокладку 3 к пьезо- элементу 1. Пьезоэлемент 1 преобразует механические колебания в электрический сигнал, который поступает на вход измерительного устройства 5. ,

Светодиод 6 преобразует электрический сигнал в световой поток. Величина светового потока определяется действующим значением электрического сигнала, снимаемого с электродов пьезоэлемента 1. В исходном состоянии величина светового потока имеет макси.мальную величину, поскольку пьезоэлектрический трансформатор находится в резонансе.

Фильтр-пробка 7, настроенный на рабочую частоту генератора 4, не пропускает на вход дискриминатора 8 полярности электрический сигнал, наводимый на электродах пьезоэлемента 1 вследствие трансформации энергии от генератора 4 к пЕ езоэлемен- ту 1.

Измеряемая сила, деформируя элементы пьезоэлектрического трансформатора, выводит его из резонанса. При этом уменьшается величина коэффициента трансформации пьезоэлектрического трансформатора и, следовательно, уменьшается величина светового потока, излучаемого светодио- дом 6.

При деформации пьезоэлемента 1 на его электродах вследствие прямого пьезоэффек- та образуется электрический заряд, который

ВНИИПИЗаказ 2955/45Тираж 776Подписное

Производственно-полиграфическое иредприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

вызывает протекание тока во входной цепи измерительного устройства 5. Причем этот электрический сигнал содержит в своем частотном спектре составляющие, отличные от

частоты, на которую настроен фильтр-пробка, и, следовательно, поступает на вход дискриминатора 8 полярности. При этом направление тока во входной цепи дискри.ми- натора 8 полярности определяется направлением деформации пьезоэлемента, т. е. направлением изменения приложенной силы.

При импульсном воздействии силы на пьезоэлектрический трансформатор во входной цепи дискриминатора 8 полярности в моменты приложения и снятия внешнего усиЛИЯ возникает импульс тока определенной полярности.

Дискриминатор 8 полярности в зависимости от направления тока во входной цепи вырабатывает на своем выходе стандартный сигнал, сигнализируя о направлении измерения измеряемого давления, о .моментах приложения и снятия внешнего усилия.

Для обеспечения надежности работы устройства входное сопротивление измерительного устройства 5 выбирают с учетом частотного спектра измеряемой силы таким образом, чтобы обеспечить условие стекания заряда с электродов пьезоэлемента 1 через входное сопротивление измерительного устройства 5 за время изменения приложенной силы.

О величине измеряемой силы судят по величине светового потока, излучаемого светодиодом 6. Направление из.менения измеряемой силы, моменты приложения и снятия внешнего усилия определяются выходным сигналом дискриминатора 8 полярности.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический датчик, содержащий два пьезоэлемента, связанные между собой прокладкой, генератор, подключенный к электродам первого пьезоэлемента, и измерительный узел, подключенный к электро- дам второго пьезоэлемента, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, измерительный узел выполнен в виде параллельно включенных све- тодиода и фильтра-пробки, выход которой соединен с входом дискриминатора полярности, при этом входное сопротивление цепи из последовательно соединенных фильтра-пробки и дискриминатора полярности выбрано меньше входного сопротивления светодиода.

Изобретение относится к области измерения неэлектрических величин. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Светодиод 6 нреобразует электрический сигнал в световой поток. Входное сопротивление измерительного устройства 5 выбирают с учетом частотного спектра измеряемой силы таким образом, чтобы обеспечить условие стекания заряда с электродов пьезоэлемента 1 через входное сопротивление измерительного устройства 5 за время измерения приложенной силы. О величине измеряемой силы судят по величине светового потока, излучаемого светодиодом 6. Направление изменения из- .меряемой силы, моменты приложения и снятия внешнего усилия определяются выходным сигналом дискриминатора 8 полярности. 1 ил. со ГчЭ 00 оо