Датчик давления Советский патент 1993 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред.

Известен датчик давления, содержащий источник и приемник излучения, мембрану с отражающей поверхностью, оптический разветвитель, входной и выходной световоды и блок обработки сигналов.

Наиболее близким к изобретению является датчик давления, содержащий монокристаллическую кремниевую мембрану, механический резонатор, размещенный на мембране, первый и второй источники излучения с различными длинами волн излучения, модулятор и приемник излучения, соединенные, соответственно, с первым источником излучения и блоком обработки сигналов, фильтр, непрозрачный для излучения первого источника излучения, два разветвителя и пять световодов, причем механический резонатор через первый световод, первый разветвитель и второй световод оптически связан с первым источником излучения, через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель и четвертый световод оптически связан со вторым источником излучения, а через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель, пятый световод и фильтр оптически связан с приемником излучения.

Известный датчик характеризуется невысокой точностью преобразования в связи с зависимостью его выходного сигнала от температуры окружающей среды.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем уменьшения температурной погрешности.

Цель достигается тем, что датчик давления содержит дополнительно прозрачную для излучений обоих источников излучения компенсирующую полупроводниковую пластину, выполненную, например, из арсенида галлия и установленную между механическим резонатором и торцом первого световода. Технический эффект заключается в регулировании величины светового потока, падающего на механический резонатор, в зависимости от температуры окружающей среды.

Изобретение поясняется чертежом.

Датчик давления содержит основание 1 со штуцером 2, кожух 3 со штуцером 4, монокристаллическую кремниевую пластину, профилированную в виде мембраны 5 и имеющую плоскость кристаллографической ориентации (100). механический резонатор 6 в виде жесткозаделанной с обоих концов прямоугольной пластины, выполненной методом анизотропного травления монокристаллического кремния, компенсирующую пластину 7, выполненную, например, из арсенида галлия, первый 8 и второй 9 источники излучения с различными длинами волн излучения, модулятор 10 и приемник 11 излучения, соединенные, соответственно, с первым источником 8 излучения и блоком 12 обработки сигналов, оптический фильтр 13,

0 непрозрачный для излучения первого источника 8, первый 14 и второй 15 оптические разветвители, первый 16, второй 17, третий 18, четвертый 19 и пятый 20 оптические световоды и микролинзы 21-23. Основа- 5 ние 1 с кожухом 3 образуют полость, в которой размещены мембрана 5 с механическим резонатором 6 и компенсирующая полупроводниковая пластина 7. Через штуцер 2 к мембране 5 подводится измеряемая

0 среда, Полость под кожухом 3 вакуумирова- на через штуцер 4, который после откачки воздуха запаивается. Компенсирующая полупроводниковая пластина 7 расположена между механическим резонатором 6 и тор5 цом первого световода 16, введенного в полость под кожухом 3 через герморазьем 24, Механический резонатор 6 через пластину 7, первый световод 16, первый разветвитель 14, второй световод 17 и микролинзу 21 оп0 тически связан с первым источником 8 излу

чения, через пластину 7, первый световод

16, первый разветвитель 14, третий свето. вод 18, второй разветвитель 15, четвертый

световод 19.и микролинзу 22 оптически свя5 зан со вторым источником 9 излучения, а через пластину 7, первый световод 16, первый разветвитель 14, третий световод 18, второй разветвитель 15, пятый световод 20, фильтр 13 и микролинзу 23 оптически свя0 зан с приемником 11 излучения, Толщина пластины 7 из арсенида галлия может составлять несколько десятков микрометров. Длина волны первого источника 8 излучения выбирается с учетом спектральной характё5 ристики пластины 7. Длина волны второго источника 9 излучения выбирается с учетом наименьших потерь для данной длины волны в материале пластины 7, оптическом фильтре 13 и приемнике 11 излучения.

0 Фильтр 13 является заграждающим для излучения первого источника 8 и прозрачным для излучения второго источника 9.

Датчик давления работает следующим образом.

5 Модулированное по интенсивности излучение первого источника 8 падает на поверхность механического резонатора 6. При поглощении излучения в теле резонатора выделяется теплота и создается нестационарное температурное поле. Возникающие

при этом термоупругие напряжения создают в теле резонатора 6 температурный изгибающий момент, что вызывает колебания механического резонатора 6. Если частота модуляции излучения первого источника 8 не равна собственной частоте колебаний резонатора б, амплитуда его колебаний очень мала. При равенстве упомянутых частот, наблюдается явление резонанса и амплитуда колебаний возрастает, соответственно значению добротности резонатора. На поверхность резонатора 6 падает также немодулированное излучение от второго источника 9. Мощность излучения источника 9 выбирается меньшей, чем источника 8. Часть отраженного от поверхности колеблющегося механического резонатора 6 излучения с длиной волны второго источника 9, модулированного по интенсивности резонатором 6, возвращается в торец световода 16 и, через разветвитель 14, световод 18, разветвитель 15, световод 20, фильтр 13 и микролин-зу 23 поступает на

0

5

0

приемник излучения 11. Сигнал с фотоприемника 11 поступает на блок обработки сиг налов 12 (спектроанализатор).

С изменением температуры окружающей среды, например, при ее увеличении, уменьшается коэффициент светопропуска- ния компенсирующей полупроводниковой пластины 7, что приводит к уменьшению подводимой к резонатору б мощности возбуждающего излучения источника 8, что приводит к уменьшению температуры тела резонатора 6, таким образом, компенсируется или значительно уменьшается уход резонансной частоты резонатора 6 при изменении температуры окружающей среды.

Для компенсирующей пластины 7 из ар- сенида галлия толщиной 40 мкм температурный диапазон изменения полосы пропускания составляет 50°С. При выборе длины волны первого источника 8 равной 0,8 мкм, диапазон температурной компенсации составит-10...+40°С.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред. Цель изобретения - повышение точности измерений путем уменьшения температурной погрешности. Сущность изобретения: датчик содержит мембрану 5, резонатор 6, источники излучения 8 и 9, модулятор 10, приемник излучения 11, фильтр 13, разветвители 14 и 15, пять световодов 16-20 и компенсирующую полупроводниковую пластину 7. В датчике давления осуществляется регулирование величины светового потока, падающего на механический резонатор 6, в зависимости от температуры окружающей среды. Положительный эффект: повышение точности измерений. 1 ил. (Л С

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий монокристаллическую кремниевую пластину, профилированную в виде мембраны, механический резонатор, размещенный на мембране, первый и второй источники излучения с различными длинами волн излучения, модулятора приемник излучения, соединенные соответственно с первым источником излучения и блоком обработки сигналов, фильтр, непрозрачный для излучения первого источника излучения, два разветвителя и пять световодов, причем механический резонатор через первый световод, первый разветвитель и второй световод Оптически связан с первым источником излучения, через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель и четвертый световод оптически связан с вторым источником излучения, а через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель, пятый световод и фильтр оптически связан с приемником излучения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения температурной погрешности, он содержит дополнительно прозрачную для излучений обоих источников излучения компенсирующую полупроводниковую пластину, выполненную, например,из арсенида галлия и установленную между механическим резонатором и торцом первого световода.