Устройство для измерения ускорений Советский патент 1988 года по МПК G01P15/08 

ОС

ос

ос

Изобретение касается измерения параметров движения объектов. Цель изобретения - повышение точности измерения вертикальных ускорений. Под воздействием ускорения высота жидкости в капилляре изменится, следовательно изменятся и частоты поверхностно-акустической волны (ПАВ), которые достигнут выходного веерного встречно-штыревогопреобразователя (ВШП) 3 с частотами 1,...1 на f.2...b . Остальные частоты fi...fa будут затухать в слое жидкости, не достигнув выходного веерного ВШП 3. Если температура пьезо- подложки 1 будет меняться, то изменится и частота автогенератора, образованного входными 4 и выходными 5 ВШП, а также усилителем 6. На выходе смесителя 9 появится сигнал, пропорциональный измерению температуры, который из преобразователя 12 в виде напряжения поступит на вход сумматора 13. На другом входе сумматора 13 окажется напряжение, приходящее с другим знаком. Благодаря тому, что материал пьезопластины не обладает анизотропией и изменения линейных размеров и параметров, характеризующих скорость рас |ростра- нения ПАВ, будут для ВШП идентичны, то это скомпенсирует воздействие температуры на процесс измерения ускорения. 5 ил. (О (Л С

/. /

Изобретение относится к технике измерения параметров движения объектов, в частности к вертикальным акселерометрам |с жидкостной измерительной массой. I Цель изобретения - повышение точ- |ности измерения вертикальных ускорений. i На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2-4 устройство, упрощенная конструкция; на фиг. 5 - эпюры напряжений с элементов устройства при измерении различных уровней ускорений.

Устройство содержит плоскую пьезопод- ложку 1, выполненную из пьезокерамики. На противоположных плоскостях пьезокерамики нанесены системы встречно-штыревых преобразователей (ВШП) веерного (входные 2 и выходные 3) и параллельного (входные 4 и выходные 5) типов. Система входных 4 и выходных 5 ВШП включена в цепь обратной связи усилителя 6 и образует с ним автогенератор.

10

15

При воздействии на чувствительный элемент ускорения уровни жидкости в ка- -пилляре 15 и сосуде 16 изменяются. В сосуде 16 большого диаметра уменьшение высоты столба жидкости совпадает по на-, правлению с действием ускорения. В капилляре 15 наблюдается увеличение столба жидкости, изменение высоты жидкости в капилляре 15 при этом зависит от величины измеряемого ускорения.

Так как под воздействием ускорения высота жидкости в капилляре 15 изменяется, то, следовательно, изменяются и частоты ПАВ, которые достигают выходного веерного ВШП 3, с 2...о на f...fa (фиг. 5в, г). Остальные частоты f|...fa затухают в слое жидкости, не достигнув выходного ВШП 3. Соответственно напряжение на выходе преобразователя 11 уменьшится.

Если в процессе измерения меняется

Входной ВШП 2 веерного типа подклю- 20 температура пьезоподложки 1, то изменяется

чен к генератору 7 качающейся частоты, а выходные ВШП 3 веерного типа в ВШП 5 параллельного типа подключены соответственно на входы смесителей 8 и 9, вторые входы которых связаны с генератои частота автогенератора, образованного элементами 4-6, и на выходе смесителя 9 появляется сигнал fr разностной частоты fan,-fo, пропорциональной изменению температуры, который из преобразором 10 стабильной частоты, а выходы их вателя 12 в виде напряжения поступает

30

через соответствующие преобразователи частота - напряжение 11 и 12 подключены к сумматору 13, связанному с регистратором 14.

В теле пьезоподложки 1 у ее поверхности между входными и выходными ВШП 2 и 3 веерного типа перпендикулярно распространению поверхностно-акустической волны (ПАВ) расположен капилляр 15, герметично соединенный с сосудом 16 большого диаметра, образующий совместно с ним систему сообщающихся сосудов, частично заполненных жидкостью.

При этом пьезоподложка 1 совместно с ВШП 2-5 и системой сообщающихся сосудов образует чувствительный элемент ускорения (преобразователь уровня жидкое- 40 ти в электрический сигнал).

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого ускорения сигнал генератора 7 качающей частоты входным веерным ВШП 2 преобразуется в ПАВ с частотами от fi до fg (фиг. 5а), распространяющиеся в направлении выходного веерного ВШП 3, который преобразует их в электрический сигнал. Однако в выходном веерном ВШП 3 принимаются не все ПАВ частотой fi...f2, а только ПАВ с частотами от fo до 2 (фиг. 56). Остальная часть ПАВ частотами от f| до fo не доходит до выходного ВШП 3, так как затухает при взаимодействии с жидкостью в капилляре 15. В смесителе 8

на вход сумматора 13. При этом на другом входе сумматора оказывается напряжение, также зависящее от изменения температуры пьезоподложки, но приходящее с другим знаком

Благодаря тому, что материал пьезоплас- тины не обладает анизотропией и изменение линейных размеров и параметров, характеризующих скорость распространения ПАВ, будут для ВШП веерного и параллельного типов полностью идентичными, то это позволит скомпенсировать воздействие температуры на процесс измерения ускорения при одновре- менном обеспечении высокой чувствительности устройства в целом.

Формула изобретения

Устройство для измерения ускорений, содержащее установленный в основание капилляр, частично заполненный жидкостью, ,с и преобразователь перемещения уровня жидкости в капилляре в электрический сигнал, отличающееся тем, что, с целью повыще- ния точности измерения, в него введены два смесителя с преобразователями частота - напряжение на выходе, генератор стабильной частоты, подключенный к одному из входов каждого из смесителей, генератор качающейся частоты, усилитель и сумматор, основание выполнено в виде пьезо- пластины, на одной плоскости которой расположены входные и выходные веерные элек50

выделяется разностная частота fa 2 - fo, 55троды, а на противоположной - входные

где fo - частота, соответствующая верх-и выходные параллельные электроды встречнему уровню жидкости в капилляре 15 прино-штыревых преобразователей поверхностотсутствии ускорения.но-акустических волн, капилляр образован

При воздействии на чувствительный элемент ускорения уровни жидкости в ка- -пилляре 15 и сосуде 16 изменяются. В сосуде 16 большого диаметра уменьшение высоты столба жидкости совпадает по на-, правлению с действием ускорения. В капилляре 15 наблюдается увеличение столба жидкости, изменение высоты жидкости в капилляре 15 при этом зависит от величины измеряемого ускорения.

Так как под воздействием ускорения высота жидкости в капилляре 15 изменяется, то, следовательно, изменяются и частоты ПАВ, которые достигают выходного веерного ВШП 3, с 2...о на f...fa (фиг. 5в, г). Остальные частоты f|...fa затухают в слое жидкости, не достигнув выходного ВШП 3. Соответственно напряжение на выходе преобразователя 11 уменьшится.

Если в процессе измерения меняется

температура пьезоподложки 1, то изменяется

и частота автогенератора, образованного элементами 4-6, и на выходе смесителя 9 появляется сигнал fr разностной частоты fan,-fo, пропорциональной изменению температуры, который из преобразователя 12 в виде напряжения поступает

вателя 12 в виде напряжения поступает

на вход сумматора 13. При этом на другом входе сумматора оказывается напряжение, также зависящее от изменения температуры пьезоподложки, но приходящее с другим знаком

Благодаря тому, что материал пьезоплас- тины не обладает анизотропией и изменение линейных размеров и параметров, характеризующих скорость распространения ПАВ, будут для ВШП веерного и параллельного типов полностью идентичными, то это позволит скомпенсировать воздействие температуры на процесс измерения ускорения при одновре- менном обеспечении высокой чувствительности устройства в целом.

Формула изобретения

Устройство для измерения ускорений, содержащее установленный в основание капилляр, частично заполненный жидкостью, и преобразователь перемещения уровня жидкости в капилляре в электрический сигнал, отличающееся тем, что, с целью повыще- ния точности измерения, в него введены два смесителя с преобразователями частота - напряжение на выходе, генератор стабильной частоты, подключенный к одному из входов каждого из смесителей, генератор качающейся частоты, усилитель и сумматор, основание выполнено в виде пьезо- пластины, на одной плоскости которой расположены входные и выходные веерные элек

троды, а на противоположной - входные

в теле пьеаопластины у поверхности между входными и выходными веерными электродами в направлении, перпендикулярном направлению распространения поверхностно- акустических волн, причем входные веерные электроды подключены к выходу генератора качающейся частоты, а выходные - к второму входу первого смесителя, входные

/ .2

/:

Фиг. 2

4

и выходные параллельные электроды включены в цепь обратной связи усилителя, образуют вместе с ним автогенератор, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, причем выходы преобразователей частота - напряжение обоих смесителей подключены к cooтвeтcтвyющи к входам сумматора.

Фиг. 5

Фаг.

5

и. Вых /

У

У