Резонатор для частотных датчиков Советский патент 1980 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для датчиков давления с частотным выходом. Известны резонаторы для датчиков дав ления, выполненные в форме тонкостенных цилиндров с установочными поясками по концам и с фиксацией углового положения окружных форм колебания 1 и I 2). Однако известные резонаторы не обладают достаточной стабильностью свойств. Цель изобретения состоит в повышении точностей. Эта цель достигается тем, что резонатор вьшолнен из монокристалла кварца или лей косапфйра, причем в зонах перехода к кон цевым установочным пояскам для снижения демпфирующего влияния заделок имеет ся одно или несколько утолщений. Благодаря тому, что любой монокристалл обладает естественной анизотропией физических свойств, в резонаторе, изготовленном из такого 1|6нокристалла, фиксация углового положения окружных форм Собственных колебаний достигается и без снижения порядка осевой (поворотной) симметрии контуров его поперечного сечения, которое у известного обусловливается наличием на резонаторе канавок, расположенных вдоль узловых меридианов. Для упрощения систем возбуждения и съема колебаний резонатор изготавливается из монокристалла кварца. При необходимости достижения максимальной временной стабильности и добротности резонатора его изготавливают из монокристалла лейкосапфира, который обладает наиболее высокими упругими свойствами из всех пригодных для этой цели монокристаллов. Для снижен 1я демпфирующего влияния заделок резонатора на нем в зонах перехода от тонкостенного активного участка, расположенного в его центральной части, к утолщенным установочным пояскам, расположенным на его концах, выполнены одно или несколько промежуточных кольцевых утолщений.

На фиг. 1-6 изображена конструктивная схема резонатора, варианты исполнения.

Наиболее простой в конструктивном и технологическом отношении вариант резонато эа изображен на фиг. 1.

Резонатор представляет собой тело вращения, целиком изготовленное из одного монокристалла. Расположенный в центральной части резонатора тонкостенный активный участок 1 изнутри ограничен круговой цилиндрической поверхностью 2, а снаружи - соосной с нею поверхностью 3. На концах резонатора расположены утощенные установочные пояски 4 и 5, служащие для сочленения резонатора с деталями того датчика, в котором он используется. Внутри резонатора имеется сквозное отверстие 6, благодаря чему обеспечивается возможность создания датчиков с проточными резонаторами,

На фиг. 2 изображен еше один вариан конструкции резонатора со сквозным отверстием, отличающийся от предыдущего тем, что в нем утолщенные установочные пояски 4 и 5 расположены на разных (Е.нещней и внутренней) сторонах активного участка.

Вариант конструкции, изображенный на фиг, 3, представляет собой стаканчик с глухим днищем и может быть испошэзован лищь в таких датчиках, резонатор которых может быть и непроточным.

Три варианта конструкции резонатора, показанные на фиг. 4, 5, 6, отличаются от рассмотреннь1х выще вариантов наличием промежуточных кольцевых уто-лщений 7 и 8, расположенных в местах перехода от тонкостенной активной части 1 к утолщенным установочным пояскам 4 и 5, Благодаря этим промежуточным утолщениям достигается существенное снижение демпфирующего влияния заделок резонатора, т.е. его сочленений с другими деталями датчика, которые осуществляются по поверхностям установочных поясков 4 и 5

К числу перспективных материалов, из которых может быть изготовлен резонатор, в первую очередь, относятся искусственно выращиваемые монокристаллы квар- ца,. лейкосапфира и кремн 1Я, В зависимости от типа симметрии монокристалла и от угловой ориентации продольной оси резонатора, изготовленного из данного монокристалла, относительно его кристаллефизических осей возможны следующие случаи; а) в отношении анизотропных физических свойств материала резонатора его продольная ось явля-ется осью поворотной симметрии второго порядка; 6) в том же отношении ось резонатора является осью 3-го порядка; в) 4-го порядка; г) порядка.

В любом из этих четырех случаев пространственное расположение элементов систем возбуждения и съем колебаний резонатора и пространственная анизотропия физических свойств материала резонатора должны характеризоваться одними и теми же общими плоскостями симметрии, проходящими через его продольную ось.

Таким образом, если вырезать, например, резонатор из монокристалла кварца (тригональная система) так, чтобы его продольная ось совпадала с оптической осью монокристалла, то в таком резонато, ре нужно возбуждать форму изгибных ко лебаний с тремя волнами в окружном направлении. Соответственно нужно строить и системы возбуждения и съема колебаний

Применение описанных резонаторов в качестве измерительных преобразователей частотных датчиков первичной информации позволяет примерно на порядок увеличить точность измерен-ий и временную стабильность этих приборов.

Формула изобретения

1.Резонатор для частотнь1х датчиков, представляющий собою тонкостенный цилиндр с установочными поясками по концам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности датчика, он выпЪлнен из монокристалла кварца,

2.Резонатор поп 1, отличаю. щ и и -С я тем, что он выполнен из мнокристалла лейкосапфира.

3.Резонатор по пп, 1, 2, о т л и чающийся тем, что в зоне перехода к концевым установочным пояскам, он имеет одно или несколько утолщений.

. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Н 181848, кл. G О1 L 11/00, 1965. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2456148/18-1О, кл, G 01 L 11/00, 25.02.77 (прототип