Датчик деформаций с частотным выходом Советский патент 1990 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения деформации, напряжений в деталях и в различных преобразователях механических величин, наиболее ээффективно - в телеметрических системах измерения и управления с обработкой информации с помощью ЭВМ.

Цель изобретения - повышение чувствительности и надежности датчика.

На фиг. 1 показана электрическая схема датчика; на фиг. 2 - схема расположения токоподводов на монокристалле одно- переходного транзистора; на фиг. 3 - распределение деформации по длине монокристалла, приклеенного к объекту измерений.

Датчик состоит из однопереходного транзистора 1, включенного совместно с резистором 2 и конденсатором 3 в схему релаксационного генератора (фиг. 1).

Транзистор 1 выполнен в виде полупроводникового нитевидного монокристалла, например, кремния р-типа с ориентацией роста Ш (фиг. 2), предназначенного для наклеивания на объект 4 измерений, снабженного токоподводами 5-8. Крайние токо- подводы 5 и 8 присоединены к концам (торцам) монокристалла через омические контакты, например, точечной сваркой. Средние токоподводы 6 и 7 присоединены к моно- кисталлу через точечные p-n-переходы, сформированные на монокристалле, например методом диффузии или вплавления. Эти симметричные p-n-переходы с токоподводами 6 и 7 отстоят от соответствующих концов монокристалла на расстоянии, не превышающем длину зоны краевого эффекта неоднородности деформирования монокристалла, наклеенного на объект измерений (фиг. 3). Длина зоны краевого эффекта для каждой системы монокристалл-клей - объект измерений имеет свое значение, предварительно определяемое экспериментально. Монокристалл включен в схему релаксационного генератора токоподводами 5, 7, 8 (фиг. 1). Запасной вариант включения - токоподводами 8, 6, 5.

СП

00

СП

4

Датчик работает следующим образом.

После наклеивания монокристалла 1 на объект 4 измерений датчик подключают к источнику питания.

Конденсатор 3 начинает заряжаться через резистор 2.

Когда напряжение на конденсаторе превысит напряжение включения транзистора, 1, последний включится, и конденсатор начинается разряжаться через входную цепь транзистора. При этом эмиттерный ток и напряжение уменьшаются и, как только напряжение на эмиттере достигает напряжения включения, транзистор скачкообразно закрывается. Напряжение на конденсаторе при этом меньше напряжения включения и близко к напряжению выключения. Далее конденсатор начинает снова заряжаться, и процесс повторяется - наблюдаются электрические колебания с определенной частотой. При деформировании объекта 4 измерений сопротивление Ri участка монокристалла между токоподводами 5 и 7 при этом значительно изменится, а сопротивление Ra участка между токоподводами 7 и 8 практически не изменится (фиг. 3), что и обуславливает функциональную зависимость от измеряемой деформации е периода Т колебаний релаксационного генератора, так как

n(l+-g-).

Таким образом, регистрация изменений частоты колебаний такого релаксационого генератора позволяет определять деформацию объекта измерений в зоне наклейки монокрксталлического однопереходного транзистора - тензочувствительного элемента датчика с частотным выходом.

Высокая чувствительность достигается благодаря тому, что измеряемая деформация изменяет коэффициент передачи однопереходного транзистора генератора. Высокая

надежность датчика связана с наличием второго р-п-перехода с токоподводом 6, который может задействоваться в работу в случае выхода из строя первого р-п-перехода 7. Датчик отличается простотой схемы, высокой помехозащищенностью и температурной

стабильностью.

Формула изобретения

1. Датчик деформаций с частотным выхо- дом, содержащий однопереходной транзистор, включенный совместно с резистором и конденсатором в схему релаксационного генератора и выполненный в виде полупроводникового нитевидного монокристалла, к которому два-крайних токоподвода присое- 0 динены через омические контакты, а средний токоподвод присоединен через точечный р-п- переход, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности у монокристалла, предназначенного для наклеивания на 5 объект измерений, омические контакты расположены на концах, а точечный р-п-пе- реход отстоит от одного из концов на расстоянии, не превышающем длину зоны краевого эффекта неоднородности деформирования.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, монокристалл снабжен вторым точечным р-п-пе- реходом с токоподводом, расположенным симметрично первому.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изменении деформаций, напряжений в деталях и в различных проебразователях механических величин. Для повышения чувствительности и надежности однопереходный транзистор релаксационного генератора - нитевидный полупроводниковый монокристалл выполняют с четырьмя симметричными токопроводами. Два крайних токопровода присоединены к концам монокристалла через омические контакты, а два средних присоединены через точечные P-N- переходы, отстоящие от концов монокристалла на расстоянии, не превышающем длину зоны краевого эффекта неоднородности деформирования монокристала, наклеенного на объект измерений. Один P-N-переход является рабочим, другой - запасным, используемым при повреждении первого. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.