RU2247954C2 - Transducer responding to mechanical quantities - Google Patents
Transducer responding to mechanical quantities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2247954C2 RU2247954C2 RU2002112138/09A RU2002112138A RU2247954C2 RU 2247954 C2 RU2247954 C2 RU 2247954C2 RU 2002112138/09 A RU2002112138/09 A RU 2002112138/09A RU 2002112138 A RU2002112138 A RU 2002112138A RU 2247954 C2 RU2247954 C2 RU 2247954C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surface acoustic
- acoustic waves
- mechanical
- input
- output interdigital
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения механических величин - давления, деформаций, перемещений, и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов сложных технических систем топливоэнергетического комплекса, АЭС, автомобильного и железнодорожного транспорта и других отраслях промышленности.The invention relates to measuring equipment, is intended for measuring mechanical quantities - pressure, deformation, displacements, and can be used in automation tools for controlling technological processes of complex technical systems of a fuel and energy complex, nuclear power plants, automobile and railway vehicles, and other industries.
Известно большое количество разнообразных по исполнению датчиков физических величин: механических (давления, перемещения, удара); температуры; химических (влажности, концентрации газов); электромагнитных (электрического и магнитного полей), выполненных с использованием чувствительного элемента (ЧЭ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [1].There are a large number of physical sensors that are diverse in design: mechanical (pressure, displacement, impact); temperature chemical (humidity, gas concentration); electromagnetic (electric and magnetic fields) made using a sensitive element (SE) on surface acoustic waves (SAWs) [1].
Существует тензочувствительный датчик на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [2], содержащий пьезоэлектрический звукопровод, в котором считывание измеряемого усилия проводят за счет перемещения упругого элемента, изменяющего время распространения ПАВ в звукопроводах от встречно-штыревых преобразователей до считывающих электродов.There is a strain-sensitive sensor on surface acoustic waves (SAWs) [2], which contains a piezoelectric sound guide in which the measured force is read by moving an elastic element that changes the propagation time of the SAW in sound ducts from interdigital transducers to read electrodes.
Недостатком всех известных конструктивных и схемных решений датчиков с использованием ПАВ-приборов в качестве ЧЭ является необходимость подачи электрических смещений на ПАВ-прибор и организации линий связи с вынесенными вне поля действия физических величин эталонными ПАВ-приборами аналогичного назначения и электронных схем для выделения разностного сигнала между тестовым и эталонным ПАВ-приборами, так называемых устройств связи с объектом (УСО).The disadvantage of all known design and circuit solutions of sensors using SAW devices as a CE is the need to supply electrical displacements to the SAW device and the organization of communication lines with reference SAW devices of a similar purpose and electronic circuits removed from the field of physical quantities to isolate the difference signal between test and reference SAW devices, the so-called communication devices with the object (USO).
Наиболее близким к заявляемому устройству является датчик давления [3], который содержит корпус со штуцером, мембрану, расположенную в соединенной со штуцером камере в корпусе, линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями и электронную схему, в которую входят ПАВ-автогенераторы, каждый из которых образован включением усилителя между входным и выходным встречно-штыревым преобразователями каждой линии задержки, блок вычитания частот, причем после мембраны по другую сторону от штуцера установлена неподвижная пластина, на каждой стороне которой образована линия задержки, на стороне мембраны, обращенной к стороне неподвижной пластины с одной из линий задержки в области расположения линии задержки, выполнен металлизированный участок длиной не более акустической длины линии задержки, расстояние между обращенными друг к другу линией задержки на неподвижной части и металлизированным участком на мембране составляет не более четверти длины волны ПАВ, а в электронную схему датчика введены формирователи импульсов, каждый из которых соединен с выходом соответствующего ПАВ-автогенератора, а выходом - с одним из входов блока вычитания частот,Closest to the claimed device is a pressure sensor [3], which contains a housing with a fitting, a membrane located in a chamber connected to the fitting in the housing, a delay line on surface acoustic waves (SAW) with input and output interdigital transducers, and an electronic circuit, which includes SAW self-oscillators, each of which is formed by the inclusion of an amplifier between the input and output interdigital converters of each delay line, a frequency subtraction unit, and after the membrane, on the other a fixed plate is installed on the side of the fitting, on each side of which a delay line is formed, on the side of the membrane facing the side of the fixed plate with one of the delay lines in the region of the delay line, a metallized section is made with a length of no more than the acoustic length of the delay line, the distance between each other facing to a friend, the delay line on the fixed part and the metallized area on the membrane is not more than a quarter of the surfactant wavelength, and shapers are introduced into the electronic circuit of the sensor mpulsov, each of which is connected to the output of the corresponding SAW oscillator, and output - with one of the inputs of the frequency subtracter,
Недостатком данного устройства является необходимость подачи напряжения питания для обеспечения функционирования электронных схем в составе датчика. Также корпус самого датчика давления не герметизирован, а наличие возможности воздействия влаги, масла, загрязнений на поверхность линий задержки на ПАВ приводит к снижению его надежности.The disadvantage of this device is the need to supply voltage to ensure the functioning of electronic circuits in the sensor. Also, the housing of the pressure sensor itself is not sealed, and the presence of moisture, oil, and contaminants on the surface of the delay lines on the surfactant reduces its reliability.
Техническим результатом заявляемого устройства является обеспечение энергонезависимой работы датчика механических величин, а также исключение прямого измеряемого механического воздействия и воздействия окружающей среды на поверхность устройств на поверхностных акустических волнах.The technical result of the claimed device is to ensure non-volatile operation of the sensor of mechanical quantities, as well as the exclusion of direct measured mechanical effects and environmental influences on the surface of devices on surface acoustic waves.
Технический результат достигается тем, что в датчике механических величин устройство на поверхностных акустических волнах выполнено в виде резонатора с входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями, который заключен в герметичный корпус с осушенной контролируемой средой, а входной и выходной встречно-штыревой преобразователи через гермовыводы подключены к управляющему органу, выполненному в виде микропереключателя, связанному через регулирующий элемент с преобразователем “механическая величина - перемещение” в виде сильфона.The technical result is achieved by the fact that in a mechanical quantity sensor, a device based on surface acoustic waves is made in the form of a resonator with input and output interdigital transducers, which is enclosed in a sealed housing with a drained controlled medium, and the input and output interdigital transducers are connected to control body, made in the form of a microswitch, connected through a regulating element with a transducer “mechanical value - movement” in the form of fona.
В датчике механических величин устройство на поверхностных акустических волнах выполнено в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах с входным и несколькими выходными встречно-штыревыми преобразователями, заключено в герметичный корпус с осушенной контролируемой средой и через гермовыводы каждый выходной встречно-штыревой преобразователь подключен к управляющему органу, выполненному в виде нескольких микропереключателей, связанному через регулирующий элемент с преобразователем “механическая величина - перемещение” в виде сильфона. Количество выходных встречно-штыревых преобразователей и соответствующее ему число микропереключателей равно количеству значений измеряемой величины.In a mechanical quantity sensor, a device based on surface acoustic waves is made in the form of a delay line on surface acoustic waves with an input and several output interdigital transducers, is enclosed in a sealed enclosure with a drained controlled medium, and through output terminals each output interdigital transducer is connected to a governing body, made in the form of several microswitches connected through a regulating element with a converter “mechanical value - moved e "in the form of bellows. The number of output interdigital converters and the corresponding number of microswitches is equal to the number of measured values.
В датчике механических величин устройство на поверхностных акустических волнах выполнено в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах с входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями, заключено в герметичный корпус с осушенной контролируемой средой и через гермовыводы выходной преобразователь подключен к управляющему органу, выполненному в виде катушки индуктивности, в который установлен регулирующий элемент в виде стержня из ферромагнитного или диамагнитного материала, связанный с преобразователем “механическая величина - перемещение” в виде сильфона.In a mechanical quantity sensor, a device based on surface acoustic waves is made in the form of a delay line on surface acoustic waves with input and output interdigital transducers, is enclosed in a sealed enclosure with a drained controlled medium, and the output transducer is connected to a control body made in the form of an inductance coil through pressure outputs , in which a regulating element is installed in the form of a rod of ferromagnetic or diamagnetic material, connected to the “mechanical the physical quantity is displacement ”in the form of a bellows.
На фиг.1 схематично показан датчик механических величин; на фиг.2 изображен сигнализатор давления; на фиг.3 показана зависимость изменения амплитуды измеряемого задержанного сигнала от управляющего механического воздействия; на фиг.4 - многоуровневый сигнализатор давления; на фиг.5 - зависимость изменения амплитуды измеряемых задержанных сигналов от управляющего механического воздействия - давления; на фиг.6 - датчик давления; на фиг.7 - зависимость изменения амплитуды измеряемого задержанного сигнала от управляющего механического воздействия.Figure 1 schematically shows a sensor of mechanical quantities; figure 2 shows the pressure switch; figure 3 shows the dependence of the change in the amplitude of the measured delayed signal from the controlling mechanical effect; figure 4 - multi-level pressure switch; figure 5 - dependence of the amplitude change of the measured delayed signals from the controlling mechanical effect - pressure; figure 6 - pressure sensor; Fig.7 - the dependence of the amplitude change of the measured delayed signal from the controlling mechanical effect.
Преобразователь 1 "механическая величина - перемещение" выполнен в виде сильфона и через регулирующий элемент 2, который устанавливает порог срабатывания датчика, связан с управляющим органом 3. Устройство на поверхностных акустических волнах 4 через гермовыводы подключено к управляющему органу 3. ПАВ-устройство заключено в герметичный корпус с осушенной контролируемой средой, состоящей из смеси газов - аргона 95% и гелия 5%, либо азота 95% и гелия 5%.The transducer 1 "mechanical quantity - displacement" is made in the form of a bellows and through the regulating
Предлагаемые датчики работают следующим образом.The proposed sensors work as follows.
Сигнализатор давления (фиг.2).The pressure switch (figure 2).
При воздействии механической величины Р на преобразователь 1 "механическая величина - перемещение" происходит его перемещение, пропорциональное приложенной силе, которое преобразуется через регулирующий элемент 2, устанавливающий порог срабатывания датчика, в управляющие механические воздействия на управляющий орган 3. В качестве управляющего органа использован микропереключатель, один контакт которого подключен к входному встречно-штыревому преобразователю резонатора, а второй контакт соединен с выходным встречно-штыревым преобразователем резонатора. В результате контакты микропереключателя замыкаются, что приводит к замыканию входного и выходного встречно-штыревых преобразователей в структуре резонатора. На фиг.3 показана зависимость изменения амплитуды измеряемого задержанного сигнала от управляющего механического воздействия.When a mechanical quantity P is affected by a mechanical quantity-displacement transducer 1, its displacement is proportional to the applied force, which is converted through a
Многоуровневый сигнализатор давления (фиг.4).Multilevel pressure switch (figure 4).
При воздействии механической величины Р на преобразователь 1 "механическая величина - перемещение" происходит его перемещение, пропорциональное приложенной силе, которое преобразуется через регулирующие элементы 2 в управляющие механические воздействия на управляющий орган 3. С помощью регулирующих элементов 2 устанавливаются пороги срабатывания датчика. Управляющий орган выполнен в виде нескольких микропереключателей, причем каждый микропереключатель одним своим контактом соединен с одним выходным встречно-штыревым преобразователем линии задержки, а другим контактом - с общей шиной (землей). В результате воздействия управляющих механических воздействий контакты микропереключателей поочередно замыкаются, что приводит к коммутации на землю выходных встречно-штыревых преобразователей линии задержки. На фиг.5 показана зависимость изменения амплитуды измеряемых задержанных сигналов от управляющего механического воздействия - давления.When a mechanical quantity P is affected by a mechanical quantity-displacement transducer 1, its displacement is proportional to the applied force, which is transformed through
Датчик давления (фиг.6).Pressure sensor (Fig.6).
При воздействии механической величины Р на преобразователь 1 "механическая величина - перемещение" происходит его перемещение, пропорциональное приложенной силе, которое преобразуется через регулирующий элемент 2 в управляющие механические воздействия на управляющий орган 3. Регулирующий элемент 2 выполнен в виде стержня из ферромагнитного или диамагнитного материала, установленного в управляющий орган - катушку индуктивности и перемещаемого в ней в прямом и обратном направлении линейно под действием преобразователя "механическая величина - перемещение". В результате изменения параметра управляющего органа (катушки индуктивности, подключенной к выходному встречно-штыревому преобразователю линии задержки) изменяется амплитуда измеряемого задержанного сигнала. На фиг.7 показана зависимость изменения амплитуды измеряемого задержанного сигнала от управляющего механического воздействия.When a mechanical quantity P is affected by a mechanical quantity-displacement transducer 1, its displacement is proportional to the applied force, which is converted through the regulating
Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить прямое воздействие механической величины на устройство на поверхностных акустических волнах за счет того, что воздействие осуществляется через сочленные звенья (преобразователь “механическая величина - перемещение”, регулирующий элемент, управляющий орган). Кроме того, принцип функционирования такого датчика позволяет заключать устройство на ПАВ в герметичный корпус, что обеспечивает исключение воздействия окружающей среды на поверхность устройства на ПАВ.The use of the present invention eliminates the direct impact of a mechanical quantity on a device on surface acoustic waves due to the fact that the effect is through articulated links (“mechanical quantity - displacement transducer”, regulating element, control element). In addition, the principle of operation of such a sensor allows you to enclose the device on the surfactant in a sealed enclosure, which eliminates the impact of the environment on the surface of the device on the surfactant.
ЛитератураLiterature
1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. 2-е изд. перераб. и дополнен./ М.Ж ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1989. - 271 с.1. Malov V.V. Piezoresonance sensors. 2nd ed. reslave. and supplemented / M.ZH ENERGOATOMIZDAT, 1989. - 271 p.
2. Я.Н.Пугачев. Тензочувствительный датчик на поверхностных акустических волнах (ПАВ) / Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий: Патент SU №1159153, МПК Н 03 Н 9/00, G 01 L 9/08, опубл. БИ №20, 1985 г.2. Ya.N. Pugachev. Strain-sensitive sensor on surface acoustic waves (SAW) / USSR State Committee for Inventions and Discoveries: Patent SU No. 1159153, IPC N 03 N 9/00, G 01 L 9/08, publ. BI No. 20, 1985
3. RU 2036446 С1 (Баженов В.И.), 27.05.1996. Датчик давления (прототип).3. RU 2036446 C1 (Bazhenov V.I.), 05.27.1996. Pressure sensor (prototype).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002112138/09A RU2247954C2 (en) | 2002-05-06 | 2002-05-06 | Transducer responding to mechanical quantities |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002112138/09A RU2247954C2 (en) | 2002-05-06 | 2002-05-06 | Transducer responding to mechanical quantities |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002112138A RU2002112138A (en) | 2003-11-27 |
RU2247954C2 true RU2247954C2 (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=35364996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002112138/09A RU2247954C2 (en) | 2002-05-06 | 2002-05-06 | Transducer responding to mechanical quantities |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2247954C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2472107C1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Device to convert nonelectric magnitude in electric signal |
RU2473873C1 (en) * | 2011-08-23 | 2013-01-27 | Виктор Иванович Дикарев | System for remote monitoring and diagnosing state of structures and construction engineering facilities |
RU2581570C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-04-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Passive wireless surface acoustic wave sensor for measuring concentration of carbon monoxide |
-
2002
- 2002-05-06 RU RU2002112138/09A patent/RU2247954C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2473873C1 (en) * | 2011-08-23 | 2013-01-27 | Виктор Иванович Дикарев | System for remote monitoring and diagnosing state of structures and construction engineering facilities |
RU2472107C1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Device to convert nonelectric magnitude in electric signal |
RU2581570C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-04-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Passive wireless surface acoustic wave sensor for measuring concentration of carbon monoxide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5574381A (en) | Sealed mechanical configuration for electronic calipers for reliable operation in contaminated environments | |
EP2984463B1 (en) | A sound sensor | |
RU2247954C2 (en) | Transducer responding to mechanical quantities | |
MY119870A (en) | Mechanical/electrical transducer | |
DK0883972T3 (en) | Acoustic element and method of sound processing | |
RU2465609C1 (en) | Contactless current metre | |
KR20030061394A (en) | Micromovement measuring device and method of movement process conversion to an electric signal | |
Kuhnen et al. | Operator-based compensation of hysteresis, creep and force-dependence of piezoelectric stack actuators | |
Lim et al. | Characterization and modeling of humidity-dependence of IPMC sensing dynamics | |
RU2212736C2 (en) | Bender transducer | |
Janocha et al. | Smart actuators with piezoelectric materials | |
EP1621860A1 (en) | Pressure sensor | |
GB2324888B (en) | Adaptive controller for actuator systems | |
RU2738765C1 (en) | Device for measuring infrasonic vibrations of medium | |
SU1673991A1 (en) | Accelerometer | |
RU2296966C2 (en) | Device for measuring parameters of impulse pressure | |
SU1758428A1 (en) | Magnetostriction displacement transducer | |
RU2018131C1 (en) | Syrface acoustic wave accelerometer | |
Sachau et al. | Smart structures based on thin piezoceramic plates | |
JPH05118933A (en) | Strain sensor | |
JP2001143185A (en) | Transmitter | |
RU2079174C1 (en) | Pressure relay | |
CN112180307A (en) | Convenient magnetic field detection device | |
RU1841054C (en) | Hydrophysical transducer | |
SU1728683A1 (en) | Force measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130507 |