АКСЕЛЕРОМЕТР Советский патент 1995 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к акселерометрам на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для измерения ускорения подвижных объектов.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности акселерометра.

На фиг.1 показана конструкция акселерометра; на фиг.2 вид ЧЭ сверху; на фиг. 3 вид ЧЭ снизу; на фиг.4 вид верхней поверхности корпуса акселерометра; на фиг.5 блок-схема акселерометра.

Акселерометр (фиг.1) имеет корпус 1, чувствительный элемент 2, закрепленный в корпусе 1. На верхней стороне чувствительного элемента 2 расположены преобразователи ПАВ с основными линиями задержки с ВШП 3, 4, дополнительные преобразователи ПАВ с дополнительными линиями задержки с ВШП 5, 6, резистивный обогреватель 7 (фиг.2). На нижней стороне ЧЭ 2 расположены преобразователи ПАВ с основными линиями задержки с ВШП 8, 9, дополнительные преобразователи ПАВ с дополнительными линиями задержки с ВШП 10, 11, резистивный обогреватель 12 (фиг.3).

Дополнительные линии задержки расположены так, что направление распространения волн в них перпендикулярно направлению распространения волн в основных линиях задержки.

На поверхностях корпуса 1 (фиг.1) выполнены металлизированные участки 13, 14, расположенные так, что их положение совпадает с положением основных линий задержки на ЧЭ 2 (фиг.4).

Включением усилителя 15 между ВШП 3 и 4 образован первый основной генератор на основной линии задержки на верхней стороне ЧЭ 2, включением усилителя 16 между ВШП 10 и 11 образован первый дополнительный генератор на дополнительной линии задержки на нижней поверхности ЧЭ 2 (фиг.5). При включении усилителя 17 между ВШП 8 и 9 образован второй основной генератор на основной линии задержки на нижней поверхности ЧЭ 2, при включении усилителя 18 между ВШП 5 и 6 образован второй дополнительный генератор на дополнительной линии задержки на верхней поверхности ЧЭ 2.

К выходу каждого усилителей генераторов преобазователей ПАВ включен вход одного из соответствующих формирователей импульсов 19.22. Выход формирователя импульсов 19, подсоединенного к усилителю 15 первого основного генератора, подключен к одному из входов первого блока вычитания частот 23, к второму входу которого подключен также выход формирователя импульсов 20, подсоединенного к усилителю 16 первого дополнительного генератора.

Выход формирователя импульсов 21, подсоединенного к усилителю 17 второго основного генератора, подключен к одному из входов второго блока вычитания частот 24, к второму входу которого подключен также выход формирователя импульсов 22, подсоединенного к усилителю 18 второго дополнительного генератора.

К входам сумматора частот 25 подсоединены выходы формирователей импульсов 20, 22, подключенных соответственно к усилителям 16, 18 дополнительных генераторов.

Выходы первого и второго блоков вычитания частот 23, 24 подключены соответственно к входам третьего блока вычитания частот 26, выход которого соединен с входом частотомера 27.

К выходу сумматора частот 25 подключен один из входов четвертого блока вычитания частот 28, к второму входу которого подсоединен выход генератора тактовых частот 29.

Вход усилителя мощности 30 подключен к выходу четвертого блока вычитания частот 28, выход к резистивным обогревателям 7, 12 на ЧЭ 2.

Акселерометр работает следующим образом. При наличии ускорения по измерительной оси, направленной перпендикулярно плоскости ЧЭ 2, ЧЭ деформируется и смещается, например, в сторону металлизированной поверхности 14 корпуса 1. При этом изменяются длины линий задержки на ВШП 3, 4 и 8, 9, вызывая изменение частот первого и второго основных генераторов вследствие изменения длин линий задержки. При приближении ВШП 8, 9 к металлизированной поверхности 14 происходит изменение частоты второго основного генератора, вызванное изменением фазового набега ПАВ вследствие шунтирования электрического поля, создаваемого в пьезоэлектрическом материале ЧЭ при прохождении ПАВ, металлизированной поверхностью 14. Одновременно происходят изменения частот всех четырех (двух основных и двух дополнительных) генераторов вследствие изменения скорости ПАВ при деформации звукопровода (ЧЭ). При этом частоты первого основного и второго дополнительного генераторов увеличиваются, частоты второго основного и первого дополнительного генераторов уменьшаются.

В формирователях импульсов 19-22 синусоидальные сигналы генераторов преобразуются в импульсные, пригодные для обработки в последующих устройствах.

В первом блоке вычитания частот 23 получается разность частот первого основного и первого дополнительного генераторов, представляющая собой сумму изменений частот первого основного и первого дополнительного генераторов, вызванных увеличением длины линии задержки на ВШП 3, 4 и изменением скорости ПАВ линий задержки на ВШП 3, 4 и 10, 11.

Во втором блоке вычитания частот 24 получается разность частот второго основного и второго дополнительного генераторов, представляющая собой отрицательную сумму изменений частот второго основного и второго дополнительного генераторов, вызванных уменьшением длины линии задержки на ВШП 8, 9, изменением скорости ПАВ линий задержки 5, 6, и 8, 9, фазовым набегом в линии задержки на ВШП 8, 9, вследствие закорачивания ее электрического поля металлизированной поверхностью 14.

В третьем блоке вычитания частот 26 получается разность разностей частот блоков 23 и 24, в результате чего с выхода блока 26 на частотомер 27 поступает сумма изменений частот всех четырех генераторов, представляющая выходной сигнал акселерометра по одному из направлений ускорения.

При наличии ускорения по измерительной оси, вызывающего перемещение ЧЭ 2 в сторону металлизированной пластины 13, на выходе блока вычитания частот 26 получается отрицательная сумма изменений частот всех четырех генераторов, представляющая выходной сигнал акселерометра по второму направлению ускорения.

В сумматоре частот 25 образуется сумма частот первого и второго дополнительного генераторов. Сумма частот первого и второго дополнительного генераторов на дополнительных линиях задержки на ВШП 5, 6 и 10, 11, расположенных на противоположных поверхностях ЧЭ, не зависит от измеряемого ускорения и постоянна при постоянной температуре, что использовано для измерения и регулирования температуры ЧЭ.

В четвертом блоке вычитания частот 28 сравнивается частота, равная сумме частот первого и второго дополнительного генераторов и поступающая из сумматора частот 25, с частотой, поступающей из генератора тактовых импульсов 29. При отклонении температуры ЧЭ от термостатируемой изменяется сумма частот в сумматоре 25, на выходе блока 28 появляются импульсы разности частот, которые усиливаются по напряжению и мощности в усилителе мощности 30. Импульсы с выхода усилителя 30 поступают на резистивные обогреватели 7 и 14. Выделяемая в них мощность нагревает ЧЭ до температуры, при которой сумма частот первого и второго дополнительного генераторов становится равной частоте генератора тактовых импульсов 29. Таким образом поддерживается определенная постоянная температуре ЧЭ.

Использование: измерительная техника, устройства для измерения ускорений. Сущность изобретения: акселерометр содержит корпус, закрепленный в нем чувствительный элемент. На обеих поверхностях чувствительного элемента нанесены резистивные обогреватели, образованы основные и дополнительные преобразователи поверхностных акустических волн. Направление распространения этих волн в дополнительных преобразователях перпендикулярно направлению в основных. На корпусе напротив основных преобразователей нанесены металлизированные участки. На основе преобразователей построены генераторы. Сигналы формирователей-генераторов поступают на блоки вычитания и сумматор. С блоком вычитания сигнал поступает на блок вычитания и далее на частотомер. Сигнал сумматора и генератора тактовых импульсов обрабатывается блоком вычитания, с выхода которого через усилитель мощности поступает на резистивные обогреватели. 5 ил.

АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус, чувствительный элемент, расположенные на его двух поверхностях преобразователи поверхностных акустических волн, включающие в себя основные линии задержки с входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями, основные генераторы, образованные включением усилителей между входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями, а также первый блок вычитания частот и частотомер, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, на каждой поверхности чувствительного элемента нанесены резистивные обогреватели и образованы дополнительные преобразователи поверхностных акустических волн, включающие в себя дополнительные линии задержки с входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями и с направлением акустических волн, перпендикулярным направлению волн в основных линиях задержки, на поверхностях корпуса в местах, соответствующих расположению основных линий задержки, выполнены металлизированные участки, подключением усилителей и к дополнительным встречно-штыревым преобразователям образованы дополнительные генераторы, а в акселерометр введены формирователи импульсов, входами соединенные с выходами соответствующих усилителей генераторов, дополнительные блоки вычитания частот, сумматор частот, генератор тактовых импульсов, усилитель мощности, выходом соединенный с резистивными обогревателями, при этом выходы формирователей импульсов генераторов основного преобразователя на первой поверхности чувствительного элемента и дополнительного преобразователя на второй поверхности подключены к входам первого блока вычитания частот, выходы формирователей импульсов генераторов дополнительного преобразователя на первой поверхности чувствительного элемента и основного преобразователя на второй поверхности подключены к входам второго блока вычитания частот, выходы формирователей импульсов генераторов дополнительных преобразователей подключены к входам сумматора, выходы первого и второго блоков вычитания подключены к входам третьего блока вычитания частот, выход которого соединен с входом частотомера, выходы сумматора и генератора тактовых импульсов подключены к входам четвертого блока вычитания, выходом соединенным с входом усилителя мощности.