Пьезоэлектрический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G01L1/16 G01L9/08 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

t .

-Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин, таких как усилие, давление, ускорение и т.д. и может быть использовано для связи объектов технологич:еского контроля с управляющими вычислительными комплексами автоматизированных систем управления.

Известны пьезоэлектрические преобразователи, в которых пьезоэлемент соединен с торцовой поверхностью peaoHiSTopa и возбуждается от .генератора, при этом измеряемое усилие прикладывается к резонатору

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пьезоэлектрический преобразователь, содержащий корпусj резонатор, выполненный в виде стержня прямоугольного сечения, два пьезоэлемента, один из которых подключен к генератору, а другой - к измерительному прибору 2 .

Недостатком данного устройства является то, что точность его зависит от условий сочленения пьезоэлементов с резонатором.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности пьезоэлек- , трического преобразователя.

5 Указанная цель достигается тем, что. в преобразователь, введены силопередающий элемент, закрепленный в корпусе, и два волновода, причем на поверхности одной грани резонатора выполнена профилированная часть из двух участков периодической поверхности и заключенного между ними участка полуцилиндрического профиля, а каждый пьезоэлемент укреплен на

5 своем волноводе, сопряженном с резонатором по поверхности, противоположной профилированной части. Резонатор может быть установлен на ножевые опоры поверхностью с профилированной

20 частью, которая размёщена между этими опорами, а силопередающий элемент выполнен с коническим наконечником, контактирующим с поверхностью грани стержня, противоположной грани с профилированной частью, напротив участка полуцилиндрического профиля. Резонатйр может быть выполнен V-образной формы, причем его первый конец закреплен на корпусе, а второй связан с

30 силопередающим элементом, при этом Профилированная часть расположена на внутренней поверхности, резонатора. На фиг. 1 схематично: йзображено устройство для измерения усилия; на фиг, 2 - устройство для измерения разности давлений. Устройство для измерения усилия содержит корпус 1, резонатор 2, выполненный в виде стержня прямоугольного сечения опорная грань которого имеет два участка периодической поверхности 3 и 4 и полуцилиндрическую выемку 5, расположенную в центральной части резонатора, перпендикулярно ег оси. Волноводы б и 7, входящие под углом эффективного возбуждения к периодическим поверхностям, соединены своими торцами с излучающим 8 и приёмным 9 пьезоэлементами, электроды излучающего элеме ТЗ Подключешл к генератору, а электроды ;; приемного - к измерительному прибору Силопередагощий элемент 10, снабженный коническим наконечником, фиксируется вялой оболочкой И, защемленной по периферии крышкой 12. Устройство для измерения разности давлении содержит корпус 1 и размеще ныев нем мембранные блоки 2 и 3, центры которых жестко связаны между собой стяжкой 4,шарнирно соединенной с одним концом стержня 5, второй конец которого закреплен в корпу се устройства. В местах сопряжения плоских боковых и периодической поверхностей на внеиней грани стерж-; ня выполнены волноводы б и 7, торцы которых сочленены с двумя пвезоэлеме тами 8 и 9, один из которых подключен к генератору, другой к измерительному прибору. На внутренней поверхности стержня выполнены участки периодической поверхности 10 и 11, между которыми располохсена полуцилин рическая выемка 12, при этом волноводы ориентированы под углами эффективного возбуждения к периодическим поверхностям.. Устройства работают следую1шм образом. Пьезозлемент, подключенный к гене ратору, создает в своем волноводе продольные (объемные) акуС-Г Ичёские волны, которые преобразуются на пери одической поверхности в поверхностные акустические волны Релея (ПАВ). Распространяясь в поверхностном слое резонатора ПАВ подвергаются частично му рассеянию на полуцилиндрической выемке, в результате чего.часть их энергий отводится в приемный волново И преобразуется в электрический приемньм пьезоэлементом. При нагружении резонатора возникают деформации, водящие к изменению геометрии акусти чёского тракта ПАВ, т.е. к Изменению кривизны полудилиндрической выемки, Коэффициент прохождения акустической волной искусственно введенного дефё

.te-.K,-:si а резко изменяется, что вызывает изенение уровня выходного сигнала пребразователя, Таким образом, введение .в акустический тракт ПАВ полуцилиндрической выемки, ориентированной перпендикуярно направлению распространения ПАВ, позволяет обеспечить значительный уровень выходйого сигнала вследствие малого коэффициента затухания ПАВ на пути от излучателя к приемнику, что характерно для волн Рэлея и сильной зависимости коэффициента прохождения ПАВ от геометрии полуцилиндрической выемки. .Таким образом, введение полудалиндрическрй выемки и практйчёскй полная механическая рг-звязка пьезоэлементов и резонатора позволяют повысить точность измерений и чувствительность преобразователя. Формула изобретения 1.Пьезоэлектрический преобразователь , содержащий корпус, резонатор, выполненный в виде стержня прямоугольного сечения, и два пьезоэлемента, . один из которых подключен к генератору, а другой - к измерительному прибору, о т л и ч а к/ щ и и с я тем, что, с Целью повышения точности и Чувствительности, в него введены силопередающий элемент,, закрепленный б корпусе, и два волновода, причем на Поверхности одной грани резонатора выполнена профилированная часть из двух участков периодической поверхности И заключенного между ними участка полуцилиндрического профиля, .а каждый пьвзоэлемент укреплен на своем волноводе, сопряженном с резонатбрвй с поверхности, противоположной профилированной части. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что резонатор установлен на ножевые опоры поверхностью с профилированной частью, котбрая размещена между этими опорами, а силопередающИй элемент выполнен с конйЧёскйм наконечником, контактирующим с поверхностью гран стержня, противоположной грани с профилированной частью, напротив участка полуцилиндрического профиля. 3.Преобразователь по п. 1,.о т л и ч а ю щ и и с я тем, что резонатор выполнен V-образной формы, причем его первый конец закреплен на корпусе, а второй связан с силопередающим элементом, а профилированная часть расположена на внутренней поверхности резонатора. Источники информации, принятые во внимание при, экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 581393, КЛ, G 01 L 1/16, 1976. 2.Патент Франции 2203976, КЛ. 3 01 ЕГ1/16, 1972 (прототип) .