Преобразователь механических деформа-ций HA пОВЕРХНОСТНыХ АКуСТичЕСКиХВОлНАХ Советский патент 1981 года по МПК G01H5/00 H04L17/00 

.1 Изобретение относится к виброакус тической технике измерений и может быть использовано для измерения механических деформаций, параметров механических колебаний и температуры в машиностроении и авиацконной технике. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь механических да формаций на поверхностных акустических волн ах, содержащий пъезопластину,на поверхности которой размещены параллельн друг другу три встречно-штыревые пре образователя, два из которых являются возбуждающими, соединены параллельно и предназначены для подключения к генератору, а третий - приемный 1. Недостатком указанного устройства является сравнительно низкая точность вследствие недостаточной чувствительности преобразователя. Цель изобретения - повышение точности измерения переменных механичес ких деформаций. Поставленная цель достигается тем,что в преобразователе механических деформаций на поверхностных акус тических волнах приемный преобразователь выполнен из двух равных частей, сдвинутых относительно друг друга, на половину длины поверхностной а|сустичес1 ой волны, имеющих апертуЬн, равныеполовине апертуры возбуждакзднх преобразователей, и- расположен мезаду возбуж чающими npeo6pja3Oвателями, расстояние мекаду центрами . которых кратно целому числу длин поверхностных акустических волн. На фиг. 1 изображен преобразователь механических деформаций на поверхностных акустических волнах, вид сверху; на фиг. 2 - интерференционная картина при сложении двух бегущих поверхностных волн и расположение электродов приемного встречно-штыреього преобразователя. Преобразователь механических деформаций на по.верхностных акустических волнах содержит пьезоппастину 1, на поверхности которой размещены параллельно друг другу три встречноштыревые преобразователя 2, 3 и 4, второй и третий из которых, .являющиеся возбуждакзщими-, соединены параллельно и предназначены для подключения к генератору, а третий приемнь й преобразователь 4 выполнен из двух равных частей/ сдвинутых отноCHTeJibHO друг друга на половину длины поверхгостной акустичес1 5й волны, имеющих апертуры возбуждающих преобразователей 2 и 3, и расположен между возбуждающими преобразователями, расстояние между центрами которых кратно целому числу длин поверхностных акустических волн.

Преобразователь выполнен методом фотолитографии на полированной поверхности пьезопластины 1. Для уменьшения паразитной емкостной связи между возбуждающими 2 и 3 и приемным преобразователем 4 их электрическое соединение осуществляется на пьезопластинке, а общий провод для двух половин приемного преобразователя 4 подключен к общему проводу возбуждающих преобразователей 2 и 3 и имеет Н-образную форму. Расстояние между центрами возбуждающих преобразователей 2 и 3 выполняется кратным целому числу длин волн. Центр приемного преобразователя 4 отстоит от центров возбуждс1ющих встречно-штыревых преобразователей на одинаковом расстоянии. Электроды одной из половин приемного преобразователя, например 4а, к общей шине (на чертеже не показан) которых подключен соединительный вывод 5, сдвинуты относительно электродов другой половины приемного преобразователя 46, к общей шине (на чертеже не показан) которых подключен соединительный вывод 6 на половину длины волны. Электроды приемного преобразователя 4, соединенные общей шиной с электродами возбуждающих преобразователей 2 и 3, также сдвинуты относительно друг друга на половину длины волны. К измерительной схеме возбуждающие преобразователи

2и 3 подключаются с помощью выводов 7 и 8, а приемный преобразователь с помощью выводов 5 и 6.

Работа преобразователя механических деформаций на поверхностных акустических волнах иллюстрируется на фиг. 2, где по оси У отложена амплитуда ВОЛНОВОГО процесса при интерференции двух синфазных поверхностных акустических волн в функции от волнового числа k, т.е. Ac(k), а по оси X - текущая координата волнового процесса. Возбужденная встречноштыревыми преобразователями 2 и 3 поверхностная акустическая волна распространяется по поверхности пьезопластины 1. При расстоянии между возбуждающими преобразователями 2 и

3кратном целому числу длин волн и равенстве амплитуд бегущих волн

А (k) А2(1) А( k) , вдоль поверхности Пьезопластины 1 происходит сложение бегущих поверхностных волн

UCk,x)A(k)cos (lWt+kL)4-A2(k)cos (uut-kL)2A(k)cosu;t.coskL 2A(k) cosurt,(1)

где ID- круговая частота возбуждающего сигнала, t - -время.

При деформации пьезопластины 1 происходит изменение расстояния между возб ждакхцими преобразователями 2 и 3.

Огибающая сигналов с выходов приемного преобразователя 4 имеет вид

fy (AL)2F(l+cos)(2а)

ff, (AL)2F(l-cosAif).,

(26)

где (k)m - амплитудное значение

огибающей сигнала при , am-, коэффициент/ учитывающий преобразование амплитуды бегущей поверхностной волны в электрический сигнал, набег фазы - вследствие деформации пьезопластины 1 на &L.

Выражения (2а) и (26) показывают, что амплитуды огибаюгдей сигналов, снимаемых с выводов 5 и б приемного преобразователя 4, зависят от величины деформации пьезопластины 1. Размещению электродов одной из половин приемного встречно-штыревого преобразователя, например 4а, общая шина которых соединена с выводом 5 в зонах пучностей, а электродов другой половины - 46, общая шина которых соединена с выводом 6, в зонах узлов, установившихся в результате интерференции возбужденных поверхностных волн соответствует минимальная разность продетектированных сигналов с выводов 5 и б, преобразователя механических деформаций при . Дифференциальное включение приемного преобразователя 4 к измерительной схеме осуществляет подавление синфазных составляющих помехи.

Эффективность преобразователя механических деформаций на поверхностных акустических волнах обусловлена тем, что вследствие увеличения базового размера преобразователя увеличивается его чувствительность, снижается аддитивная погрешность вследствие равенства амплитуд взаимодействующих акустических волн, а .также за счет дифференцисшьной схемы включения приемного преобразователя; обеспечивается возможность измерения переменных механических и статических деформаций.

Формула изобретения

Преобразователь.механических деформаций на поверхностных акустических волнах, содержащий пьезопластину,. на поверхности которой .размещены параллельно друг другу три встречноштыревые преобразователя, два из которых являются возбуждающими, соединены параллельно и предназначены для подключения к генератору, а третийприемный, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности измерения переменных механических деформаций, приёмный преобразователь выполнен из двух равных частей, сдвинутых относительно друг друга на поЦГЮВЙНУ длины поверхностной акустичей

кой волны, имеющих апертуры, равные псхпОвине апертуры возбуждающих преобразователей, и расположен между возбуждающими преобразователями, расстояние между центрами которых кратно целому числу длин поверхностных акустических волн.

Источники информации. Принятые во внимание при экспертизе

1. Базаров В.Д. и др. Измерение малых затуханий и изменений скорости ультразвуковых поверхностных вопн,Акустический журнал. Т. XXI , 1978, № б, с. 814, фиг. 1.

(я;

4о

.2

1