RU2362980C1 - Устройство для измерения температуры - Google Patents
Устройство для измерения температуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362980C1 RU2362980C1 RU2008100961/28A RU2008100961A RU2362980C1 RU 2362980 C1 RU2362980 C1 RU 2362980C1 RU 2008100961/28 A RU2008100961/28 A RU 2008100961/28A RU 2008100961 A RU2008100961 A RU 2008100961A RU 2362980 C1 RU2362980 C1 RU 2362980C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- transducers
- centers
- surface acoustic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения, а именно к датчикам температуры. Устройство для измерения температуры включает линию задержки на поверхностных акустических волнах, выполненную на пьезоэлектрическом звукопроводе, с входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями, в устройство для измерения температуры дополнительно введен прибор для измерения коротких интервалов времени, выход которого соединен с входным встречно-штыревым преобразователем линии задержки на поверхностных акустических волнах, вход соединен с выходным встречно-штыревым преобразователем линии задержки на поверхностных акустических волнах, причем входной и выходной встречно-штыревые преобразователи линии задержки расположены в параллельных акустических потоках, их центры размещены на одной линии симметрии, по обе стороны от встречно-штыревых преобразователей расположены многополосковые отражательные решетки, при этом расстояния между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей одинаковы. Технический результат - повышение точности измерения за счет снижения вносимых потерь и выбора конструктивных параметров линии задержки. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения, а именно к датчикам температуры.
Известно устройство на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с малыми потерями, состоящее из пьезоэлектрического звукопровода, двух двунаправленных встречно-штыревых преобразователей, размещенных в параллельных акустических каналах, и двух многополосковых отражательных решеток, размещенных симметрично по обе стороны от встречно-штыревых преобразователей [1]. Данное устройство имеет малые вносимые потери, поскольку в нем используется кольцевая конструкция.
Недостатком данной конструкции является минимальное (менее 1 мкс) время задержки, ограничивающее возможность ее использования для применения в датчиках температуры.
Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения температуры [2], содержащее линию задержки на ПАВ и усилитель.
Недостатком данного устройства являются большие вносимые потери (для компенсации которых и используется усилитель, который должен размещаться непосредственно рядом с линией задержки на ПАВ) и низкая точность измерения из-за влияния режимной нестабильности и нагрева схемы усилителя на активный элемент датчика (линию задержки на ПАВ).
Задачей изобретения является повышение точности измерения за счет снижения вносимых потерь и выбора конструктивных параметров линии задержки.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для измерения температуры с точностью ΔТ, включающее линию задержки на поверхностных акустических волнах, выполненную на звукопроводе из пьезоэлектрического материала, имеющего коэффициент температурной зависимости задержки ТКЗ и скорость поверхностной акустической волны υпав, с входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями, дополнительно введен прибор для измерения коротких интервалов времени с точностью измерения Δt, выход которого соединен с входным встречно-штыревым преобразователем линии задержки на поверхностных акустических волнах, вход соединен с выходным встречно-штыревым преобразователем линии задержки на поверхностных акустических волнах, причем входной и выходной встречно-штыревые преобразователи расположены в параллельных акустических потоках, их центры размещены на одной линии симметрии, по обе стороны от встречно-штыревых преобразователей выполнены многополосковые отражательные решетки, при этом расстояния L между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей выбираются из условия:
где L - расстояние между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей;
Δt - точность измерения интервалов времени;
υпав - скорость поверхностной акустической волны в пьезоэлектрическом звукопроводе;
ТКЗ - температурный коэффициент задержки в пьезоэлектрическом звукопроводе;
ΔT - точность измерения температуры в устройстве.
На фиг.1 приведена конструкция предложенного устройства для измерения температуры, содержащая линию задержки на поверхностных акустических волнах 1, выполненную на пьезоэлектрическом звукопроводе 2, с входным 3 и выходным 4 встречно-штыревыми преобразователями, прибор для измерения коротких интервалов времени 5, выход которого соединен с входным встречно-штыревым преобразователем 3 линии задержки на поверхностных акустических волнах 1, а вход соединен с выходным встречно-штыревым преобразователем 4 линии задержки на поверхностных акустических волнах 1. При этом входной 3 и выходной 4 встречно-штыревые преобразователи линии задержки 1 расположены в параллельных акустических потоках, их центры размещены на одной линии симметрии, по обе стороны от встречно-штыревых преобразователей расположены многополосковые отражательные решетки 6.
Устройство работает следующим образом. С выхода устройства для измерения коротких интервалов времени 5 электрический сигнал поступает на входной встречно-штыревой преобразователь 3 линии задержки на поверхностных акустических волнах 1. Во входном встречно-штыревом преобразователе 3 электрический сигнал преобразуется в поверхностную акустическую волну, которая распространяется в перпендикулярных оси симметрии преобразователя направлениях в стороны многополосковых отражательных решеток 6. Многополосковые отражательные решетки 6 переотражают поверхностную акустическую волну в направлении выходного встречно-штыревого преобразователя 4 линии задержки на поверхностных акустических волнах 1. В выходном встречно-штыревом преобразователе 4 линии задержки на поверхностных акустических волнах 1 поверхностная акустическая волна, приходящая от обеих многополосковых отражательных решеток 6, складывается и преобразуется в электрический сигнал, который поступает на вход устройства для измерения коротких интервалов времени 5.
Из фиг.1 наглядно видно, что поверхностная акустическая волна в линии задержки проходит расстояние, равное удвоенному расстоянию между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей (2L). Относительное изменение времени задержки поверхностной акустической волны от температуры в соответствии с [3] определяется, как:
где Δτ - изменение времени задержки поверхностной акустической волны в линии задержки от изменения температуры;
τ - время задержки поверхностной акустической волны в линии задержки;
ТКЗ - температурный коэффициент задержки в пьезоэлектрическом звукопроводе линии задержки;
δT - диапазон изменения температуры.
Из выражения (1) время задержки поверхностной акустической волны в линии задержки определяется как:
С другой стороны, время задержки поверхностной акустической волны в линии задержки определяется соотношением [3]:
где L - расстояние между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей;
υпав - скорость поверхностной акустической волны в пьезоэлектрическом звукопроводе линии задержки.
Приравняем соотношения (2) и (3) и определим из них расстояние между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей линии задержки:
Заменив в выражении (4) Δτ (изменение времени задержки поверхностной акустической волны в линии задержки от изменения температуры) на точность прибора для измерения интервалов времени Δt, а δТ (диапазон изменения температуры) на точность измерения температуры в устройстве ΔT, получим выражение, описывающее оптимальное расстояние между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей линии задержки для требуемой точности измерения температуры при известной точности прибора для измерения интервалов времени:
Линия задержки сохраняет кольцевую структуру, что обеспечивает малые вносимые потери, необходимые для устойчивой работы прибора для измерения интервалов времени без дополнительных усилителей. Точность измерения температуры в устройстве при известной точности прибора для измерения интервалов времени обеспечивается выбором материала звукопровода линии задержки (определяет υпав и ТКЗ) и расчетом оптимального расстояния между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей по формуле (5).
Предлагаемое решение прошло техническую проверку. Линия задержки на поверхностных акустических волнах на частоту 434 МГц была изготовлена на звукопроводе из ниобата лития среза УХ/128° (υпав=3890 м/сек, ТКЗ=75·10-6 1/°С). Общие размеры звукопровода составили 6×1,8×0,5 мм при расстоянии между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей L=2,43 мм. Амплитудно-частотная характеристика и частотная характеристика времени задержки этого устройства, снятые в нормальных климатических условиях, показаны на фиг.2. Величина вносимых потерь в линии задержки составила 3,6 дБ при общем времени задержки сигнала в полосе пропускания порядка 1 мкс.
Для измерения интервалов времени, пропорциональных изменению температуры, использовался прибор для измерения времени и частоты T-2300R, представляющий собой PCI слот для персонального компьютера [4]. После соответствующей калибровки и обработки компьютерной программой результаты измерений времени задержки представлялись в виде изменения температуры. При использовании опции стандартной точности измерения времени прибора T-2300R 200 пс точность измерения температуры составила 2°С. При переходе на опцию повышенной точности измерения времени прибора T-2300R 1 пс точность измерения температуры составила порядка 0,01°С, чем полностью подтверждается правильность предлагаемого технического решения.
Источники информации
1. Экспериментальное исследование кольцевых фильтров на ПАВ с малыми потерями без элементов согласования. С.А.Доберштейн, Е.Б.Коржинский, В.А.Малюхов. Материалы конференции «Акустоэлектронные устройства обработки информации», М., 1988 г., с.99-100.
2. Акустоэлектронные радиокомпоненты. В.И.Речицкий. М.: Радио и связь, 1987 г.
3. Принципы построения датчиков физических величин на поверхностных акустических волнах. В.К.Киселев, И.А.Князев, С.М.Никулин, Г.В.Труфанова. Датчики и системы, №10, 2003 г., с.8-13.
4. Time/Frequency Counter T-2300R. VIGO System S.A.Swietlikow 3, 01-389 Warsaw, Poland. Internet: www.vigo.com.p1.
Claims (1)
- Устройство для измерения температуры, включающее линию задержки на поверхностных акустических волнах, выполненную на пьезоэлектрическом звукопроводе, с входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями, отличающееся тем, что в устройство для измерения температуры дополнительно введен прибор для измерения коротких интервалов времени, выход которого соединен с входным встречно-штыревым преобразователем линии задержки на поверхностных акустических волнах, вход соединен с выходным встречно-штыревым преобразователем линии задержки на поверхностных акустических волнах, причем входной и выходной встречно-штыревые преобразователи линии задержки расположены в параллельных акустических потоках, их центры размещены на одной линии симметрии, по обе стороны от встречно-штыревых преобразователей расположены многополосковые отражательные решетки, при этом расстояния между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей одинаковы и выбираются из условия
,
где L - расстояние между центрами многополосковых отражательных решеток и центрами встречно-штыревых преобразователей;
Δt - точность измерения интервалов времени;
υпав - скорость поверхностной акустический волны в пьезоэлектрическом звукопроводе;
ТКЗ - температурный коэффициент задержки в пьезоэлектрическим звукопроводе;
ΔT - точность измерения температуры в устройстве.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008100961/28A RU2362980C1 (ru) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Устройство для измерения температуры |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008100961/28A RU2362980C1 (ru) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Устройство для измерения температуры |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2362980C1 true RU2362980C1 (ru) | 2009-07-27 |
Family
ID=41048505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008100961/28A RU2362980C1 (ru) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Устройство для измерения температуры |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2362980C1 (ru) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494358C1 (ru) * | 2012-04-06 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Чувствительный элемент для измерения температуры |
| RU2533692C1 (ru) * | 2013-08-08 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Мультисенсорная акустическая решетка для аналитических приборов "электронный нос" и "электронный язык" |
| RU2537751C2 (ru) * | 2013-03-12 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры |
| RU2549223C1 (ru) * | 2014-04-18 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ измерения изменения температуры объекта относительно заданной температуры |
| RU2585487C1 (ru) * | 2015-01-19 | 2016-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Пассивный датчик температуры на поверхностных акустических волнах |
| RU2592055C1 (ru) * | 2015-06-16 | 2016-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры |
| RU179933U1 (ru) * | 2017-11-20 | 2018-05-29 | Александр Васильевич Сорокин | Пассивный антиколизионный датчик температуры на поверхностных акустических волнах с частотно-временным кодовым отличием |
| RU215141U1 (ru) * | 2022-09-07 | 2022-11-30 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Беспроводной датчик измерения температуры |
-
2008
- 2008-01-09 RU RU2008100961/28A patent/RU2362980C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МОРОЗОВ А.И. и др. Пьезоэлектрические преобразователи для радиоэлектронных устройств. - М.: Радио и связь, 1984. РЕЧИЦКИЙ В.И. Акустоэлектронные радиокомпоненты. - М.: Радио и связь, 1987. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494358C1 (ru) * | 2012-04-06 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Чувствительный элемент для измерения температуры |
| RU2537751C2 (ru) * | 2013-03-12 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры |
| RU2533692C1 (ru) * | 2013-08-08 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Мультисенсорная акустическая решетка для аналитических приборов "электронный нос" и "электронный язык" |
| RU2549223C1 (ru) * | 2014-04-18 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ измерения изменения температуры объекта относительно заданной температуры |
| RU2585487C1 (ru) * | 2015-01-19 | 2016-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Пассивный датчик температуры на поверхностных акустических волнах |
| RU2592055C1 (ru) * | 2015-06-16 | 2016-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры |
| RU179933U1 (ru) * | 2017-11-20 | 2018-05-29 | Александр Васильевич Сорокин | Пассивный антиколизионный датчик температуры на поверхностных акустических волнах с частотно-временным кодовым отличием |
| RU215141U1 (ru) * | 2022-09-07 | 2022-11-30 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Беспроводной датчик измерения температуры |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2362980C1 (ru) | Устройство для измерения температуры | |
| KR101911437B1 (ko) | Ｓａｗ 배열 센서 | |
| KR101711204B1 (ko) | 단일입력 다중출력 표면탄성파 디바이스 | |
| Fu et al. | A stable and highly sensitive strain sensor based on a surface acoustic wave oscillator | |
| JP2003337055A (ja) | 流量計測装置 | |
| CN109506808A (zh) | 一种具有单调和线性输出特性的saw温度传感器及其设计方法 | |
| KR101904254B1 (ko) | 무선 온도측정 시스템 | |
| US6142948A (en) | Vibration displacement detecting system | |
| RU2494358C1 (ru) | Чувствительный элемент для измерения температуры | |
| RU2393444C1 (ru) | Чувствительный элемент датчика физических величин с отражающими структурами | |
| KR20140119278A (ko) | 표면탄성파에 의한 비접촉 무전원 무선 온도 측정 방법 | |
| Adamowski et al. | Ultrasonic material characterization using large-aperture PVDF receivers | |
| JP2006258768A (ja) | 弾性波センサ | |
| CN110954254A (zh) | 一种基于msc的小量程saw压力传感器 | |
| RU2533692C1 (ru) | Мультисенсорная акустическая решетка для аналитических приборов "электронный нос" и "электронный язык" | |
| JP5154304B2 (ja) | 被測定物特性測定装置 | |
| Zhang et al. | A surface acoustic wave ICP sensor with good temperature stability | |
| JP7351508B2 (ja) | 認識信号生成素子及び素子認識システム | |
| JP6300145B2 (ja) | 弾性表面波センサおよび測定装置 | |
| RU2590228C1 (ru) | Чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах для измерения температуры | |
| RU2457450C1 (ru) | Чувствительный элемент для измерения механических напряжений | |
| CN210037709U (zh) | 一种新型声表面波传感器 | |
| RU2396526C2 (ru) | Чувствительный элемент деформации с дисперсионными структурами | |
| CN214848679U (zh) | 形变传感器、电池壳体及电池 | |
| Xiao et al. | Designing and optimizing method of SAW force sensor based on oneport resonator |