DD226964A1

DD226964A1 - Verfahren und einrichtung zur temperaturmessung

Info

Publication number: DD226964A1
Application number: DD26670682A
Authority: DD
Inventors: Klaus Forke; Christian Hahn; Heinz Hofmann
Original assignee: Dresden Ing Hochschule
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1985-09-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Temperaturmessung. Sie kann auf allen Gebieten der Technik angewendet werden. Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Temperaturmessung zu schaffen, die eine hohe Empfindlichkeit und geringe Traegheit besitzt. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass auf einem temperaturabhaengigen piezoelektrischen Substrat zwei Interdigitalwandler aufgebracht sind, wobei ein Wandler den Sendewandler darstellt, das Sendesignal selbst als codiertes Signal, vorzugsweise als binaerphasengetestetes oder frequenzmoduliertes Signal ausgebildet ist und der zweite Wandler als Matched-Filter dient. Bei dieser als Korrelationsfilter ausgelegten Struktur veraendert sich die Autokorrelationsfunktion bei Temperatureinwirkung auf das Matched-Filter in empfindlicher, gut messbarer Weise.

Description

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.Verfahren und Einrichtung zur Temperaturmessung 1

Anwendungsgebiet der Erfindung \

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur! Messung von Temperatur, besonders kleiner Temperaturdifferen-i

zen, auf allen Gebieten der Technik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Einrichtungen zur Messung der Temperatur bekannt, die die Änderung des elektrischen Widerstandes von Halbleitern oder Metallen in Abhängigkeit von der Temperatur ausnutzen. Die dazu notwendigen Schaltungen arbeiten nach dem Brückenprinzip und gestatten es nur mit hohem Aufwand, selbstabgleichende Schaltungen herzustellen.(Kautsch, Elektrische Meßverfahren für nichtelektrische Größen RA 13» Verlag Technik 1971, S. 14 ff.). ;

Pur Temperaturen werden des weiteren pn-Übergänge in SI ver- \ wendet. Nachteilig ist hierbei die nicht ausreichende Reproduzierbarkeit der Sensorparameter, woraus ein hoher manueller Kalibrieraufwand resultiert. Die Verwendbarkeit erfordert einen hohen Schaltungsaufwand. (Tränkler, H.R.: Die Schlüssel' rolle der Sensortechnik in Meßsystemen. Technisches Messen 49(1982), H. 10, S. 343-354). I

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Weiterhin sind Einrichtungen mit Thermoelementen bekannt, die den Unterschied der Thermospannungen zweier Metallpaarungen mit unterschiedlicher Temperatur auswerten, Hauptnachteil dieser Einrichtungen ist die Notwendigkeit des Vorhandenseins einer thermostatierten Vergleichsstelle, (Taschenbuch Betriebsmeßtechnik, Verlag Technik 1974, S. 340 ff.).

Weiterhin sind mikroakustische Einrichtungen bekannt, die \ die Veränderung der Laufzeit einer akustischen Oberflächen- ; welle infolge des Temperaturkoeffizienten des Materials aus-; nutzen, um einen mikroakustischen Oszillator zu verstimmen, ι Nachteilig macht sich dabei die im unteren Meßbereich be- I grenzte Auflösung bemerkbar, (Wissenschaftliche Beiträge der! Ingenieurhochschule Dresden 1982 Hr. 2, S. 27-30). j

Weiterhin sind Einrichtungen zur Temperaturmessung bekannt, | die die thermische Längenausdehnung unterschiedlicher Materialpaarungen ausnutzen. Dabei wird eine temperaturproportionale Wegänderung erreicht, die über mechanische Verstellung von Reostaten in eine Strom- oder Spannungsänderung umgeformt wird. Nachteilig sind bei diesen Anordnungen die großen Abmessungen, die geringe Auflösung und die hohe Trägheit, (H. Hart, Einführung in die Meßtechnik, Verlag Technik 1979, S. 215 ff.).

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrich-.tung zur Temperaturmessung zu schaffen, die eine hohe Auflösung und eine hohe Empfindlichkeit besonders im Bereich kleiner Änderungen erreicht, die eine geringe Trägheit besitzt, miniaturisierungsfähig ist und die elektrischen Ausgangssignale in leicht auswertbarer Form bereitstellt.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine speziel-

Ie, als Korrelationsfilter ausgebildete Interdigitalwandler-. struktur die zu messende Temperatur als Fehlanpassung des Filters an das angepaßte Sendesignal nachzuweisen, indem die zu messende Temperatur durch Einwirkung auf den Interdigitalwandler dessen Geometrie und damit die Korrelationsfunktion verändert. Da Sendesignal und Empfangsfilter hinsichtlich maximalem Haupt-Uebenzipfelverhältnis der Korrelationsfunk- _: tion für den Fall ohne Einwirkung der Meßgröße optimiert werden, ergibt sich bei Einwirkung der Meßgröße eine empfindliche Veränderung der Korrelationsfunktion durch Phasenverschiebung zwischen Signal und Korrelationsfilter, Es ist Aufgabe der Erfindung, die Interdigitalwandler sowohl: für die Erzeuguung als auch den Empfang von binärphasenge- _; tasteten Signalen und Chirpsignalen einzusetzen, um den Korrelationsgewinn infolge Impulskompression des Signales ^l in Abhängigkeit von der zu messenden Temperatur empfindlich zu verändern, :

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einem piezoelektrischen Substrat zwei Interdigitalwandler aufgebracht sind, wobei ein Wandler als Signalsender und der andere Wandler als Filter für den Empfang des Sendesignales ausgebildet sind. Das Empfangsfilter stellt ein Matched-Filter für das Sendesignal dar und ist entweder für den Empfang eines binärphasengetasteten (PSK)- Signales oder eines frequenzmodulierten (Chirp)- Signales durch entsprechende Wandlerwichtung ausgebildet. Bei einer Bezugstemperatur T am Matched-Filter wird am Ausgang des Filters die Autokorrelationsfunktion mit maximalem Haupt-Hebenzipfelverhältnis gemessen.

Wirkt hingegen eine entsprechende Temperaturänderung auf das Substrat ein, so wird die Geometrie des Wandlers und die Aus-

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breitungsgeschwindigkeit der AOW und in deren Folge die Über-1 tragungsfunktion des Wandlers geändert und das vom Sendewand-^; ler erzeugte Signal fehlabgestimmt empfangen. Das äußert sich: in einer Verkleinerung der Autokorrelationsspitze und ist da-j mit elektronisch auswertbar. Als PSK-Signale können Barker- : Codes oder "Folgen maximaler Länge" mit guten Korrelations- ! eigenschaften angewendet werden oder frequenzmodulierte Sinussignale, die durch Polaritäts- und Abstandswichtung der Interdigitalwandler erzeugt werden,. ;

Ausführungsbeispiel j

j. Die Erfindung soll an folgendem Beispiel näher erläutert j werden. Auf Bild 1 ist eine Temperatur-Meßeinrichtung dar- I gestellt. Sie enthält zwei auf dem piezoelektrischen Substrat! (1) aufgebrachte Interdigitalwandler (2) und (3), Der Sende- j Interdigitalwandler (2) ist ein breitbandiger uniformer Wand-1 ler, der das ihm angebotene phasencodierte Binärsignal S^Ct) | in eine akustische Oberflächenwelle umwandelt, die sich in j

Richtung des Empfangs-Interdigitalwandlers (3) ausbreitet. j Dabei wird das phasencodierte Binärsignal ebenfalls durch j ein Oberflächenwellenbauelement (4) mit einem polaritätsge- j wichteten, zu dem Empfangswandler (3) inversen Interdigital- j wandler hergestellt, dessen Anregung über den Impulsgenerator! (6) erfolgt.

Wandler (3) stellt eine polaritätsgewichtete Struktur dar undi ist als.Matched-Filter ausgebildet, welches die Autokorrela- ! tionsfunktion des Oberflächenwellensignales erzeugt. Wirkt ! nun die zu messende Temperaturgröße auf Wandler (3) ein, so j kommt es zur Änderung der Geometrie des Wandlers (3) und damit zur Änderung der Parameter des Matched-Filters. Dabei verän- j dert sich die Amplitude der Korrelationsspitze in Abhängig- j keit von der einwirkenden Meßgröße, das Verhältnis der Kor- j relationsspitze zu den Uebenzipfeln der Autokorrelationsfunk-I tion wird in der nachgeschalteten Ausv/erteschaltung (5) ge- j messen, I

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Auf Bild 2 ist die gleiche Temperatur-Meßeinrichtung dargestellt, jedoch erzeugt das Oberflächenwellenbauelement (4) einen frequenzmodulierten (Chirp-) Impuls und der Empfangs-Interdigitalwandler (3) ist ein abstandsgewichteter zu dem im Element (4) enthaltenen inverser Wandler, Dabei verändert sich bei Temperatureinwirkung ebenfalls die Amplitude der Korrelationsspi^tze des Ausgangs signals.

Claims

2617 O 6 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Temperaturmessung über die thermische Veränderung eines Wellenleiters, gekennzeichnet dadurch, daß die zu messende Temperatur auf einen Interdigitalwandler einwirkt, der eine codierte akustische Oberflächenwelle empfängt, welche mittels Korrelationsempfang decodiert und bezüglich des Korrelationsmaximums ausgewertet wird,

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als codiertes Oberflächenwellensignal ein binärphasengetastetes Signal benutzt wird.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als codiertes Oberflächenwellensignal ein Chirpsignal benutzt wird.

4· Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, zur Erzeugung und zum Empfang des binärphasencodierten Oberflächenwellensignals äquidistante polaritätsgewichtete, zueinander inverse Interdigitalwandler enthaltend, gekennzeichnet dadurch, daß der polaritätsgewichtete Empfangsinterdigitalwandler auf einem durch die zu messende Temperatur veränderbaren Substrat angeordnet ist,

5. Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach Punkt 1 und 3> zur Erzeugung und zum Empfang des Oberflächenwellen-Chirp-Signals, abstandsgewichtete, zueinander inverse Interdigitalwandler enthaltend, gekennzeichnet dadurch, daß der abstandsgewichtete Empfangsinterdigitalwandler auf einem durch die zu messende ,Temperatur veränderbaren Substrat angeordnet ist.