Датчик механических величин Советский патент 1982 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее - к технике измерения механических величин (сипы, уско-, рения, давления, перемещения и т.п.).

Известно устройство, содержащее упругий элемент в виде балки, явл5пощей-1 он .звукопроводом для двух линий задержки поверхностных акустических волн, и импульсный электронный блок, к которому подключены входы и выходы линий задержку. Поверхностные- акустические волны распространяоотся на противоположных поверхностях балки, поэтому при изгибе последней под действием и:змеря- емой механической величины изменения времени задержки линий равны ро величине и противоположны по знаку. Электронный блок обеспечивает поочередное пропускание импульсов через линии за.держки н намерение разности задержек импульсов в ннх. Разность задержек пропорциональна измеряемой механической величине tl3.

Недостатком этого устройства являетая значительная погрешность измерения при больших колебаниях температуры окружающей среды.

Наиболее близким к .изобретению по технической сущностиявляется устройство, содержащее упругий элемент в виде консольно защемленной балки, на противоположных поверхностях которой размещень два тензочувствительных элемента

10 в виде линий задержки поверхностных акустических волн (звукопроводом 1голяется балка), два генератора, в которых частотозадающими элементами являются линии задержки, смеситель, к входам ко15торого подключены выходы генераторов, фильтр рвзности частот генераторов, подключенный к выходу смесителя, и оконечHbie элементы. В результате изгиба балки под действием измеряемой механической

20 величины времена задержки линий получают равные .по величине и противополож: ные по знаку изменения. Это приводит к соответствующим изменениям частот ге- 3 97 нераторов. Частота сигнала на выходе фильтра разноста частот генераторов пропорциональна измеряемой механической величине С 21 . Недостатком известного устройства является значительная температурная ногрешность измерения. Целью изобретения является уменьшение температурной погрешности датчика. Поставленная цель достигается тем, что в датчик механических -величин, содержащий упругий элемент, два тензоч у сты1тельных элемента на основе поверхностных акустических волн, размещенных в зонах упругого элемента, противополож иых по знаку деформации и включенных в частотно-задающие цепи двух генераторрв, смеситель, входы которого подключены к выходам генераторов, фильтр разности частот генераторов, вход которого подключен к выходу смесителя, введены фильтр суммы частот генераторов, вход которого подключен к выходу смесителя, преобразователь частоты в напряжение, вход которого подключен к выходу фильт- ра суммы частот генераторов, нагревательный элемент, термически связанный с упругим элементом, регулятор температуры нагревательного элемента, управляющий вход которого подключен к выхо- ду преобразователя частоты в напряжение причем заданные девиации частот генераторов под действием измеряемой механической величины выбраны равными по абсолютному значеняю и противоположньь ми по знаку. На чертеже изображена схема датчика ускорения. Датчик ускорения содержит упругий элемент в виде балки 1 из пьезоэлектрического материала, консольно заделанной в основание 2, на свободном конце которой закреплена инерционная масса 3. На противоположных поверхностях балки 1 сформированы две линии задержки поверх ностных акустических волн, содержащие входные 4 и 5 и выходные 6 и 7 пленоч ные встречно-штыревые преобразователи. Два усилителя 8 и 9 подключены входами к сигнальным выводам Ю и 11 выходных преобразователей 6 и 7, а выходь - к сигнальным выводам 12 и 13 входных преобразователей 4 и 5. Усилители 8 и 9 вместе с подключенными к ним ЛИ1ШЯМИ задержки образуют генерато . ры. Входы смесителя 14 подключены к выходам генераторов, фильтр 15 разности и фильтр 16 суммы частот генераторов подключены входами к выходу сме- 1 :4 сителя 14, преобразователь 17 частоты в напряжение входом подключен к выходу ильтра 16 суммы частот генераторов, регулятор 18 подключен управляющим входом к выходу преобразователя 17 часоты в напряжение, нагревательный элемент 19 подключен к регуляторгу 18 и к источнику .питания Е. Поверхностные акустические волны распространяются в линиях задержки по поверхностям балки 1 в областях между ВХОДНЫМИ 4 и 5 и соответствующими выходными 6 и 7 преобразователями. Направления распространения указаны волнистыми стрелками. Возбуждение и прием поверхностных акустических волн :рсгуществляется входными 4 и 5 и вы оиньши 6 и 7 преобразователями соответственно. При наличии ускорения а балка 1 прогибается. При прогибе балки 1 средние значения механических напряжений в областях расположения линий задержки равны по величине и прютивоположны по знаку. При этом полезньге изменения времен задержки линий за счет эффекта тензочувствительности поверхностных акустических волн и соответствуюЕше изменения частот генераторов также равны по величине и противоположны по знаку, а частота сигнала на выходе фильтра 16 суммы . равна удвоенной начальной частоте генераторов и не зависит от ускорения. Вместе с тем температурное изменение задержки линий приводит к равным по величине и одинаковым по знаку изменениям частот генераторов и к удвоенному изменению частоты сигнала на выходе фильтра 16 суммы. В результате напряжение на выходе преобразователя 17 изменяется и через регулятор 18 управляет током нагревательного элемента 19. Характеристики преобразователя 17, регулятора 18, нагревательного элемента 19 и напряжение источнике питания Е выбраны так, что в датчике осуществляется .автоматическая коррекция стабильной температуры балки 1, термически связанной с нагревательным элементом 19. Уровень температуры стабилизации должен быть выше максимальной температуры окружающей среды. На выходе фильтра 15 разности выделяется выходной сигнал датчика, частота которого прямо пропор)- циональна измеряемому ускорению. Предлагаемое устрюйство технологично и имеет высокую воспроизводимость характеристик и на порядок меньшую температурную погрешность, чем известные. Формула и р е т е н и я Датчик механических величин, содержащий упругий элемент, два тензочувствительных элемента на основе поверхност ных акустических волн, размещенных в зонах упругого элемента, противоположных по знаку деформации и . включенных в частотно-гадающие репи двух генераторов, смеситель, входы которого подключены к выходам генераторов, фильтр разности частот генераторов, вход которого подключен к выходу смесителя, отличающийся тем, что,с целью уменьшения температурной погрещности, в него введены фильтр суммы частот генераторов вход которого подключен к выходу смесителя, преобразователь частоты в напряжение, вход которого подключен к выхо9114 .ду фильтра суммы частот генераторов, нагревательный элемент, термически свй занный с упругим элементом, регулятор температуры нагревательного элемента, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя частоты в напряжение, причем заданные девиации частот генераторов под действием измеряемой механической величины выбраны равными по абсолютному значению и противоположными по знаку. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 1466461, кл. G 1 Q , О9.О4.74. 2.Патент Великобритании 1432818, кл. Н 4 D, 24.10.72 (прототип).