RU2545324C1 - Датчик резонаторный - Google Patents
Датчик резонаторный Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545324C1 RU2545324C1 RU2013144890/28A RU2013144890A RU2545324C1 RU 2545324 C1 RU2545324 C1 RU 2545324C1 RU 2013144890/28 A RU2013144890/28 A RU 2013144890/28A RU 2013144890 A RU2013144890 A RU 2013144890A RU 2545324 C1 RU2545324 C1 RU 2545324C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- rods
- base
- density
- pendulum suspension
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик резонаторный содержит основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием. Части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора. Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности в условиях воздействия импульсного разогрева. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерений механических параметров. Известен датчик резонаторный (см. патент РФ №2217767, опубликованный 27.11.2003 г.), который содержит основание из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием чувствительного элемента и его подвесов в виде, по крайней мере, двух стержней и стержневого резонатора. На стержнях подвеса выполнены упругие шарниры для перемещения чувствительного элемента (ЧЭ) относительно основания в направлении измерительной оси. Стержневой резонатор электрически и механически соединен с электромеханическим преобразователем.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является погрешность, обусловленная разностью температур отдельных элементов датчика в результате импульсного разогрева металлизированных поверхностей стержневого резонатора.
Решаемой технической задачей является создание датчика резонаторного с улучшенными метрологическими характеристиками.
Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности в условиях воздействия импульсного разогрева.
Для достижения технического результата в датчике резонаторном, содержащем основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием, новым является то, что части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора.
Металлизация частей поверхностей стержней маятникового подвеса позволяет уменьшить разность температур элементов датчика резонаторного при импульсном разогреве и тем самым уменьшить соответствующую погрешность.
На Фигуре изображен заявляемый датчик резонаторный, на котором отмечены зоны металлизации.
Датчик резонаторный содержит основание 1 в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора 4, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы и маятникового подвеса в виде двух стержней 3, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу 2, а другие концы соединены с основанием 1. На части поверхностей стержней 3 маятникового подвеса 5 металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности электродной системы стержневого резонатора (например, золото).
Датчик резонаторный работает следующим образом. Механический резонатор через электромеханический преобразователь подключен в цепь обратной связи автогенератора. После подачи напряжения питания на автогенератор в системе "генератор - электрический преобразователь - резонатор" при соблюдении условий "баланса амплитуд" и "баланса фаз" (смотри, например, книгу П.В. Новицкий и др. "Цифровые приборы с частотными датчиками", "Энергия", 1970 г.) устанавливаются колебания резонатора и, соответственно, выходные электрические сигналы с частотой, равной резонансной частоте резонатора. Выходные электрические сигналы генератора используются после соответствующего преобразования для регистрации результатов измерения силы, действующей на резонатор. В исходном положении, соответствующем нулевому значению измеряемого параметра (например, ускорения), значение резонансной частоты механического резонатора f0 определяется конструктивными размерами элементов резонатора и физическими свойствами материала, из которого он изготовлен (модуль упругости - E, плотность - ρ). Измеряемая величина преобразуется кинематической системой датчика в продольную силу резонатора, что вызывает изменение его резонансной частоты и соответственно частоты выходных электрических сигналов генератора. Значения изменений частоты выходных сигналов генератора является мерой измеряемого параметра.
Под воздействием импульсного разогрева происходит неравномерное изменение температуры отдельных участков датчика (резонатора и замыкающей рамки). Это определяется разными материалами электродной системы и основания, выполненного из монокристалла. Процесс изменения средних температур резонатора, замыкающей его рамки и их разности носят сугубо нестационарный характер. При неравенстве температур резонатора и рамки возникает изменение продольной силы резонатора и соответственно изменение его резонансной частоты.
Для минимизации погрешности от неравномерного распределения температуры между резонатором и чувствительным элементом необходимо выполнение как минимум двух условий:
1) равенство средних температур резонатора Tрез(τu) и замыкающей его рамки Tрам(τu);
2) равенство временных зависимостей изменений температур резонатора и замыкающей его рамки.
Выполнение первого условия может быть представлено следующими соотношениями:
Tрез(τu)=Трам(τu)
Tрез(τu)=T0рез+ΔТрез(τu) Tрам(τu)=T0рам+ΔTрам(τu)
с учетом (1)-(4)
где T0рез, T0рам, Т0 - начальные значения температур резонатора, рамки и окружающей среды, соответственно;
ΔTрез(τu), ΔTрам(τu) - изменение температур резонатора и рамки под действием импульса облучения длительностью τu;
ΔQi(τu) - энергия, поглощенная i-элементом на интервале длины Δl с шириной участка bi(l);
E - мощность излучения, приходящаяся на единицу площади (поверхностная плотность потока излучения);
Ki - коэффициент поглощения энергии излучения i-элемента объема.
Ci, ci, ρi,.,hi - теплоемкость, удельная теплоемкость, плотность вещества и толщина i-элемента объема, соответственно.
При равенстве удельных теплоемкостей вещества материала резонатора и рамки, условием равенства температур резонатора и рамки будет равенство значений отношений:
Оптимальные размеры частей металлизированных поверхностей стержней маятникового подвеса были определены моделированием на ПЭВМ с использованием метода конечных элементов. По результатам расчетов изготовлены экспериментальные образцы. Проведенные исследования подтвердили эффективность предлагаемого технического решения.
Claims (1)
- Датчик резонаторный, содержащий основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием, отличающийся тем, что части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144890/28A RU2545324C1 (ru) | 2013-10-07 | 2013-10-07 | Датчик резонаторный |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144890/28A RU2545324C1 (ru) | 2013-10-07 | 2013-10-07 | Датчик резонаторный |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2545324C1 true RU2545324C1 (ru) | 2015-03-27 |
RU2013144890A RU2013144890A (ru) | 2015-04-20 |
Family
ID=53282576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013144890/28A RU2545324C1 (ru) | 2013-10-07 | 2013-10-07 | Датчик резонаторный |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2545324C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1067445A1 (ru) * | 1982-01-27 | 1984-01-15 | Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана | Компенсационный акселерометр |
US5331854A (en) * | 1991-02-08 | 1994-07-26 | Alliedsignal Inc. | Micromachined rate and acceleration sensor having vibrating beams |
US6484578B2 (en) * | 1996-05-21 | 2002-11-26 | Alliedsignal Inc. | Vibrating beam accelerometer |
RU2209394C2 (ru) * | 2001-08-14 | 2003-07-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "Темп-Авиа" | Микромеханический гироскоп |
RU2217767C1 (ru) * | 2002-04-01 | 2003-11-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Датчик резонаторный |
RU2377575C2 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Частотный микромеханический акселерометр |
-
2013
- 2013-10-07 RU RU2013144890/28A patent/RU2545324C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1067445A1 (ru) * | 1982-01-27 | 1984-01-15 | Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана | Компенсационный акселерометр |
US5331854A (en) * | 1991-02-08 | 1994-07-26 | Alliedsignal Inc. | Micromachined rate and acceleration sensor having vibrating beams |
US6484578B2 (en) * | 1996-05-21 | 2002-11-26 | Alliedsignal Inc. | Vibrating beam accelerometer |
RU2209394C2 (ru) * | 2001-08-14 | 2003-07-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "Темп-Авиа" | Микромеханический гироскоп |
RU2217767C1 (ru) * | 2002-04-01 | 2003-11-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Датчик резонаторный |
RU2377575C2 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Частотный микромеханический акселерометр |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013144890A (ru) | 2015-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103134999B (zh) | 一种测量压电材料压电系数d15的准静态方法 | |
CN103235200B (zh) | 一种测量压电材料压电系数d15的动态谐振方法 | |
CN108872063B (zh) | 一种基于参数激励及同步共振的微量物质检测装置及方法 | |
US10365194B2 (en) | High temperature densitometer device and steam quality measurement method and device | |
Dias et al. | Measurement of the pyroelectric coefficient in composites using a temperature-modulated excitation | |
RU2545324C1 (ru) | Датчик резонаторный | |
Das et al. | UV light detection using resonance frequency of piezoelectric quartz crystal | |
Ravindran et al. | A self-sustaining pyroelectric energy harvester utilizing spatial thermal gradients | |
RU2567441C1 (ru) | Способ цифрового измерения электрических величин | |
Alomari et al. | A multisource energy harvesting utilizing highly efficient ferroelectric PMN-PT single crystal | |
Pisupati et al. | Design of resonance based DC current sensor using BAW quartz resonators | |
DE102015009960A1 (de) | Keramischer DSC-Chip mit intregrierter Einrichtung zur Probenmassenbestimmung | |
Xu et al. | High-precision low-power quartz tuning fork temperature sensor with optimized resonance excitation | |
Človečko et al. | Properties of the 100 kHz quartz tuning forks in strong magnetic fields and very low temperatures | |
RU2725651C1 (ru) | Градиент напряженности магнитного поля | |
Maurya et al. | A novel approach for wireless liquid level measurement using SAW sensor | |
Rust et al. | Temperature Controlled Viscosity and Density Measurements on a Microchip with High Resolution and Low Cost | |
Weser et al. | Advanced characterization of surface acoustic wave fields at high temperature | |
Ma et al. | Micro-temperature sensor based on quartz tuning fork resonator | |
RU2549223C1 (ru) | Способ измерения изменения температуры объекта относительно заданной температуры | |
US3433051A (en) | Apparatus for determining mechanical and thermal properties of metals | |
CN112684388B (zh) | 一种基于涡流效应的中高频交变磁场强度的测量方法 | |
RU124795U1 (ru) | Устройство для измерения теплового потока | |
SU177977A1 (ru) | ||
Yu et al. | Piezoelectric resonant temperature sensor |