DE3333129A1 - Verfahren und einrichtung zur messung nichtelektrischer groessen - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur messung nichtelektrischer groessenInfo
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Description
- Verfahren und Einrichtung zur Messung nichtelektrischer
- Größen Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung nichtelektrischer Größen auf allen Gebieten der Technik, wie Druck, Temperatur von Gasen und Gasgemischen, Kräfte, kleine Wege oder Wegdifferenzen.
- Charakterisitik der bekannten technischen Lösungen: Es sind Einrichtungen zur Messung nichtelektrischer Größen bekannt, die die Deformation von »ehnungsmeßstreifen oder albleiterwiderständen ausnutzen. Die dazu notwendigen Schaltungen arbeiten nach dem Brückenprinzip und gestatten es nur mit hohem Aufwand, selbstabgleichende Einrichtungen herzustellen. (Taschenbuch Betriebsmeßtechnik, Berlin,1974 s, 367 ff.) Weiterhin sind mikroakustische Anordnungen bekannt, die über die Bildung einer Phasendifferenz zweier akustischer Oberflächenwellen eine Amplitudenveränderung des Ausgangssignais erzielen. Nachteilig ist die im Bereich kleiner Deformationen sehr hohe Abhängigkeit von der Frequenzkonstanz des hIeßsignalgenerators und die relativ geringe Empfindlichkeit. (Akusticeski zumal Nr. 6/1978, S. 813) Weiterhin sind Einrichtungen zur Messung von Kräften und '-leinen Wegen bekannt, die die Verstimmung von Kapazitäten, welche in den frequenzbestimmenden Teilen eines Oszillators angeordnet sind ausnutzen. Nachteilig ist die begrenzte Empfindlichkeit der Anordnung und ihr- integrationsunfreundlicher Aufbau. (OstrowskLa: Elektrische meßtechnik, Berlin 1974, S. 259 ff.) Weiterhin sind mikroakustische Oszillatoren auf der Basis von akustischen Verzögerungsleitungen zur Durckmessung bekannt, bei denen die Deformation der Verzögerongsleitung eine Frequenzänderung hervorruft. Nachteilig macht sich an diesen Einrichtungen die begrenzte Auf lösung im unteren Meßbereich bemerkbar. (Hewlett?ackard Journal, 1981, December).
- Ziel der Erfindung: Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung nichtelektrischer Größen, vorzugsweise Druck, Temperatur, kleine Wege, zu schaffen, welche eine hohe Empfindlichkeit besonders im Bereietl kleinster Xnderungen erreichen, den Herstellungsaufwand senken, eine weitere Miniaturisierung erzielen und die elektrischen Ausgangssignale in leicht auswertbarer Form bereitstellen können.
- Darlegung des Wesens der Erfindung: Der Erfindung liegt die Aufgabe zutrunde, durch eine spezielle als Korrelationsfilter ausgebildete interdigitalwandlerstruktur die zu messende nichtelektrische Größe als Fehlanpassung des Filters an das angepaßte Sende signal nachzuweisen, indem die nichtelektrische Größe durch Einwirkung auf den Interdigitalwandler dessen Geometrie und damit die Korrelation verdndert. Da Sendesignal und Empfangsfilter hinsichtlich maximalem Haupt-Nebenzipfelverhältnis der Korrelationsfunktion fi,ir den lall ohne Einwirkung der IYleßgröße optimiert werden, ergibt sich i Einwirkung der Meßgröße eine empfindliche Verändernng der Korrelationsfunkrion durch Phasenverschiebung zwischen Signal und Korrelationsfilter.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, die Interdigitalwandler sowohl für die Erzeugung als auch den Empfang von binärphasengetasteten Signalen und Chirpsignalen einzusetzen, um den Korrelationsgewinn infolge Impulslcompression des Signales in Abhängigkeit von der zu messenden nichtelektrischen Größe empfindlich zu verändern.
- Hrfindungsgemäß 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 fUr das Sendesignal dar und ist entweder für den Empfang eines binärphasengetasteten (PSK)- Sign-:,.les oder eines linear frequenzmodulierten (Chirp)- Signales durch entsprechende Wandlerwichtung ausgebildet.
- wirken keine nichtelektrischen Meßgrößen auf die Interdigitalwandlerstruktur des Matched-Filters ein, so wird ar Ausgang des Filters die Autokorrelationsfunktion mit maximalem tIaupt-ebenzipfelverhältnis gemessen.
- Wirken hingegen entsprechende Meßgrößen auf den Interdigitalwandler ein, so wird die Geometrie des Vandlers und in Messen Folge die Übertragungsfunktion des Wandlers geändert und das vom Sendewandler erzeugte Signal fehlaögestimmt empfangen. Das äußert sich in einer Verkleinerung der Autokorrelationsspitze und ist damit elektronisch auswertbar. Als PSK-Signal e können Barke r-Co des oser "Folgen maximaler Länge" mit guten Korrelationsei£enschaften angewendet werden oder linear frequensmodulierte Sinussignale, die durch Polaritäts- und Abstandwichtung der Tnterdigitalwandler erzeugt werden.
- Ausfü"hrungsbeispiel: Die Erfindung soll an folgenden Beispielen näher erlautert werden. Auf Bild 1 ist eine 'lsemperatur-keßeinrichtung dargestellt. Sie enthält zwei auf dem piezoelektrischen Substrat 1 aufgebrachte Interdigitalwandler 2 und 3. Der Sende-Interdigitalwandler 2 ist ein breitbandiger uniformer Wandler, der das ihm angebotende phasencodiei'te Binärsignal S1(t) in eine akustische Oberflächenwelle umwandelt, die sich in Richtung des Empfangs-Interüigialwandlers 3 ausbreitet. Dabei wird das phasencodierte Binärsignal ebenfalls durch ein Oberflächenwellenbauelement 4 mit einem polaritätsgewichteten zu dem Empfangswandler 3 inversen Interdigitalwandler hergestellt.
- Wandler 3 stellt eine polaritätsgewichtete Struktur dar und ist als Matohed-Filter ausgebildet, welches die Autokorrelationsfunktion des Oberflä.chenwellensignales erzeugt. wirkt nun die zu messende nichtelektrische Größe, in diesem lall die Temperatur, auf Wandler 3 ein, so kommt es zur Änderun; der Geometrie des Wandlers 3 und damit zur Änderung der Parameter des Matohed-Filters. Dabei verändert sich die Amplitude der Korrelationsspitze in Abhängigkeit von der einwirkenden Meßgröße, das Verhältnis der Korrelationsspitze zu den Nebenzipfeln der Autokorrelationsfunktion wird in der nachgeschalteten Auswerteschaltung 5 gemessen.
- In Bild 2 ist eine Kraftmeßeinrichtung dargestellt, wobei der Unterschied zu Bild 1 darin besteht, daß der Wandler 3 durch abstandsgewichtete Interdigitalwandlerfinger in der Lage ist, von einem dem Wandler 2 angebotenen Chirp-Signal S2(t) die Autokorrelationsfunktion zu bllden. Das Chirpsignal wird ebenfalls durch ein Oberflächenwellenbauelement 4 erzeugt, welches die inverse Wiohtungsfunktion wie wandler 3 hat. Wirkt nun auf den Wandler 3 eine kraft, so kommt es zur Änderung der Geometrie des Wandlers 3 und damit zu einer Knderung des Korrelationepeaks der Autokorrelationsfunktion in Abbängigkeit von der Größe der wirkenden Kraft. Das Verhältnis der Korrelationsspitze zum Seitenzipfel der Autokorrelationsfunktion wird. in einer nachfolgenden Auswerteschaltung 5 gemessen.
Claims (5)
- Erfindungsanspruch: 1.Verfahren zur Messung nichtelektrischer Größen, vor zugsweise Kraft, Druck und Temperatur über die Deformation eines Wellenleiters, gekennzeichnet dadurch, daß die zu messende Größe auf einen Interdigitalwandler einwirkt, der eine codierte akustische Oberflächenwelle empfängt, welche mittels Korrelationsempfang decodiert und bezüglich des Korrelationsmaximums auzgewertet wird.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als codiertes Oberflächenwellensignal ein binärphssengetastetes 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 Erzeugnung und zum Empfang des binärphasencodierten Oberflächenwellenaignals äquidistan te polaritätsgewichtete zueinander inverse Interdigitalwandler enthaltend, gekennzeichnet dadurch, daß der polaritätsgewichtete Empfangsinter-digitalwandler auf einem durch die Meßgröße deformierbaren Substrat angeordnet ist.
- 5. Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach Punkt 1 und 3 zur Erzeugung und zum Empfang des Oberflächenwellen-Chirpaignales abstandsgewichtete zueinander inverse Interdigitalwandler enthaltend, gekennzeichnet dacrcI., daß der abstandsgewichtete Empfangsinterdigitalwndler auf einem durch die ivIeßgrdße deformierbaren Substrat angeorcnet ist.
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| DE4134456A1 (de) * | 1991-10-18 | 1993-04-22 | Klaus Brankamp System Prozessa | Verfahren und vorrichtung zur messung der kraftwirkung in einem mechanisch belasteten maschinenteil |
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- 1983-11-11 CS CS834283A patent/CS260964B1/cs unknown
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| DE3642771A1 (de) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Kuipers Ulrich | Verfahren und vorrichtung zur messung der messgroesse eines messobjekts |
| US4912660A (en) * | 1986-12-15 | 1990-03-27 | Ulrich Kuipers | Method and apparatus for measurements of a characteristic of an object using a sensed signal and an auxiliary variable signal applied to the object |
| DE4134456A1 (de) * | 1991-10-18 | 1993-04-22 | Klaus Brankamp System Prozessa | Verfahren und vorrichtung zur messung der kraftwirkung in einem mechanisch belasteten maschinenteil |
Also Published As
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