SU1069192A1 - Дифференциальный измерительный акустоэлектронный преобразователь - Google Patents

Abstract

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ АКУСТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий высокочастот1 ный генератор, усилитель, подключенный к его выходу первый смеситель , и мембранный датчик на поверхностных акустических волнах, выполненный в виде пьезоэлектрической пластины, на противоположных сторонах которой на одинаковом рассто нии от ее центра расположены пара противолежащихвходных и пара противолежащих выходных встречноштыревых преобразователей (ВШП, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерений, он дополнительно содержит последовательно включенные второй, третий и четвертый смесители, при этом выход генератора соединен с входными Bum и вторыми входами первого и с третьего смесителей, вторые входы s второго и четвертого смесителей (Л соединены с соответствующими выходньвии ВШП, выход первого смесител  соединен с лервым входом второго смесител , а выход четвертого с входом усилител .

Description

05 со

to

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано в акустоэлектронных измерительных устройствах дл  изме рени  давлени , температуры и других величин, Известен дифференциальный измерительный акустоэлектронный преобразователь , содержащий два пьезоэлектрических .резонатора, схемы их возбуждени , усилители и формирователь разностной частоты 11, Недостатком преобразовател   вл етс  недостаточно высока  чувствительность и значительна  погрешность при малых изменени х измер емых величин. Наиболее близким техническим ре шением к изобретению  вл етс  дифф ренциальный измерительный акустоэлектронный преобразователь, содержащий высокочастотный генератор усилитель, подключенный к его выхо ду первый смеситель и мембранный датчик. на поверхностных акустических -волнах (ЛАВ), выполненный В виде пьезоэлектрической пластиНы , на противоположных сторонах которой на одинаковом рассто нии о ее центра расположены пара противо лежа1дих входных и пара противолежа выходных встречно-штыревых преобра зователей (ВИП) . В этом устройстве ВШП соединены с усилител ми так, что образуютс  два автогенератора, выходы которых через буферные усилители соединены с входами смесител . При воздействии на пластину акус тического сигнала(при изменении : акустического давлени ) измен етс  скорость и длина пути распространени  ПАВ,, измен ютс  частоты колеба ний автогенераторов с ВШП и соответственно измен етс  сигнал разностно частоты на выходе смесител / Это устройство обладает повышенной линейностью характеристик преобразова ни  акустического воздействи  в час тоту и малой чувствительностью по отношению к изменени м температуры, влажности и другим дестабилизирующи факторам 121, Недостатками известного устройст ва  вл етс  ограниченна  чувствительность и высока  погрешность, особенно в области малых информацио ных воздействий. Его чувствительнос зависит в первую очередь от величины времени задержки ПАВ, При малых информационных воздействи х длина пути распространени  ПАВ измен етс  незначительно, и перестройка выходной частоты оказываетс  малой. Кроме того, в обоих автогенераторных кольцах неизбежно существуют флуктуации параметров, привод щие к по влению нестабильности их основных частот и как следствие - к нестабильности разностной частоты. Медленные флуктуации параметров автогенераторов , вызванные такими дестабилизирующими факторами, как изменение температуры окружающей среды, влажности и др. оказываютс  коррелированными , поскольку это вли ние осуществл етс  через общую пьезоэлектрическую пластину. Быстрые же уходы их частот некоррелированы, так как они вызваны прежде всего естественными шумами в активных элементах обоих усилителей. Дифференциальный принцип построени  устройства позвол ет уменьшить вли ние медленных флуктуации. Быстрые же флуктуации не ослабл ютс , а наоборот увеличивают депрессию флуктуации выходной частоты, что рсобенно-нежелательно при быстром изменении информационного воздействи , например, при использовании измерительного преобразовател  в качестве приемника акустических сигналов. Кратковременна  относительна  нестабильность частот обоих автогенераторов определ ет пороговую чувствительность измерительного преобразовател  и без применени  специальных мер по стабилизации составл ет I-IO - . Например , дл  частот возбуждени  пор дка 80 МГц, абсолютные значени  уходов частоты составл ют 400 800 Гц, что и обуславливает низкую пороговую чувствительность известного устройства и большую погрешность измерений, особенно при малых информационных воздействи х. Цель изобретени  - повышение чувствительности дифференциального измерительного акустоэлектронного преобразовател  и точности измерений . Поставленна  цель достигаетс  тем, что дифференциальный измерительный акустоэлектронный преобразователь , содержащий высокочастотный генератор, усилитель, подключенный к его выходу первый смеситель и мембранный датчик на ПАВ, вьшолненный в виде пьезоэлектрической . пластины, на противоположных сторонах которой на Одинаковом рассто нии от ее центра расположены пара противолежащих входных и пара противолежащих выходных ВШП, дополнительно содержит последовательно включенные второй, третий и четвертый смесители, при этом выход генератора соединен с входными ВЫП и вторыми входами первого и третьего смесителей, вторые входы второго и четвертого смесителей соединены с еоответстзующими выходными BUffl, выход первого смесител  соединей с nepatiiM входом второго смесител , а выход четвертого - с входом усилител ,

На фиг, 1 приведена функциональна  схегла предлагаемого измерительного преобразовател , на фиг. 2 конструкци  мембранного датчика.

Измерительный преобразователь содержит высокочастотный генератор 1 и мембранный датчик 2, выполненный в виде пьезоэлектрической пластины 3, имеющей утоньшение-мембрану 4. На обеих сторонах мембраны 4 расположены соответственно два входных 5, б и два выходных 7, 8 ВШП. Входные ВШП 5 и 6 подключены к высокочастотному генератору 1. Измерительный преобразователь содержит также последовательно соединенные четыре смесител  9-12 и усилитель 13. Выход высокочастотного генератора 1 соединен с вторыми входами первого 9 и третьего 11 смесителей. Вторые входы второго смесител  10 и четвертого 12 соединены с выходными ВШП 8 и 7 соответственно . Выход усилител  13 соединен с первым входом первого смесител  9.

Противолежащие ВШП 5,6 и 7,8 расположены на одинаковом рассто нии от центра пластины 3. ЬШП 5,7 и 6,3 образуют две линии задержки ПАВ.

Устройство работает следующим . образом.

Сигнал с частотой с высокочастотного генератора 1 поступает на мембранный датчик 2 и одновременно к входным ВШП 5,6 и к входам смесителей 9 и 11. Электрические колебани , поступающие на ВШП 5,6 преобразуютс  в распростран ющиес  на верхней и на нижней сторонах мембра ны в обеих лини х задержки одновременно . С выходных ВШП 7 и 8 колебани  поступают на входы смесителей 10 и 12 соответственно. Включенные кольцом смесители 9 - 12 и усилител 13 представл ют собой автоколебательную систему, в которой при выполнении условий баланса фаз и бала са амплитуд возникают автоколебани , частота которых на выходе усилтел  13 равна Оц. . При отсутствии иформационного акустического сигнала времена задержек ПАВ на верхней и нижней сторонах мембраны 4 при идентичных структурах ВЫП одинаковы и равны , где I - рассто ние 1eждy входным и выходным ВШП,а V- скорость распространени  ПАВ.Задержанные на врем  С сигналы с частотой,равной частоте высокочастоного генератора оа , но сдвинутые по

фазе относительно него на величину tp.uitr подаютс  на смесители 11 и 10.

На входы, смесител  9 поступают сигналы с частотами о и a , где и)а - частота колебаний сигнала, поступающего на второй вход смесител  9 с выхода усилител  13. На выходе смесител  9 вьщел етс  сигнал суммарной частоты GOo ( . Па выходе второго смесител  10 формируетс  колебание с разностной частотой и поступает на первый вход трет его смесител  И. На второй вход третьего смесител  11 поступает колебание с выхода генератора 1. На выходе третьего смесител  выдел етс  колебание с разностной частотой iOcx- 1 I которое поступает на вход четвертого смесител  12. На второй вход четвертого смесител  12 поступает колебание с выходного ВШП. На выходе четвертого смесител  формируетс  колебание с суммарной частотой (а) . При прохождении в усилителе 13 колебани  усиливаетс  и задерживаютс  на врем  tj Дл  данного режима работы рассматриваемого измерительного преобразовател  характерHfciiM  вл етс  то, что частота автоколебаний Lu)q должна быть больше, чем частота колебаний генератора иОо и усилитель 13 может быть как инвертируемьм, так и неинвертируемым . Boз;ю yeн другой режим работы предллгаегюго устройства, при котором ,

. В динамическом режиме, т.е. при воздействии информационного сигнала мембр-ана испытывает механические деформации, что приводит к изменени геометрии ВШП и к изменёник пути t распространени  ПАВ. Это приводит кпротивофазному изменению времени задержки сигнала, распростран ющегос  по верхней и нижней сторонам. Пр этом приращени  длин пути распространени  ПАВ it на верхней и нижней сторонах мембраны одинаковы, то проти юположны по знаку, изменени  времен задержки высокочастотного сигнала также одинаковы и противоположны по знаку и составл ют величину tAt-u-H/v . В то же врем  колебани  с ВШП 7 и 8 поступают на входы смесителей 10 и 12, которые в процессе преобразовани  внос т фазовые сдвиги 1«3(1 (.tiut) . Следовательно в кольцевой автоколебательной системе , .образованной последовательHfcjM соединением смесителей 9-12 и усилител  13 произойдет изменение суммарного разового набега на величину vp 2ido- t . Изменение суммарного фазового сдвига приводит к. нарушению услови  баланса фаз на частоте (jJa , что ведет к изменению частоты автоколебаний кольцевой системы. Нова  частота U)a. определ etc/} из услови  баланса фаз. Таким образом, при воздействии на измерительный преобразователь информационного сигнала измен етс  суммарный фазовый набег в кольцевфй автоколебательной системе, состф щей из смесителей 9 - 12 и усили тел  13, и,следовательно, измен етс  частЬта автоколебаний этой цепи Пфи этом линейное изменение At при , в6дит к линейному измененЦю выходной .частоты преобразовател . Особенностью предлагаемого устрс«йства  вл етс  то, что его выходНс (  частота при идентичных смесител х практически не зависит от частоты высокочастотного генератора Wo , а., следовательно, и от его нестабильности. Кроме того, воздейС1 вие всех дестабилизирующих факторов на мембрану приводит к одинакоBIJM по величине и знаку изменени м задержки ПАВ на ее верхней и нижней стЕоронах, а за счет противофазного стфлени  фазовые сдвиги, обусловленные изменением зтих задержек, компенсируютс  в кольцевой автоколебательной системе. Эти обсто тельства позвол ют существенно повысить .чувствительность измерительного преобразовател  и точность измерений информационного сигнала. Предлагаемый измерительный преобразователь по частоте 80 МГц при Г 10 и относительной нестабильности частоты 10 более чем в 600 раз .чувствительней известного преобразовател  в случае, если усилитель  вл етс  инвертирующим и чувствительней более чем в 300 раз, если усилитель  вл етс  неинвертирующим . Минимальное Фиксируемое информационное приращение адекватно определ ют среднеквадратическую погрешность измерени . Поэтому можно погрешность преобразовани  в предложенном устройстве во столько же раз меньше, по сравнению с известным. Таким образом, предлагаемое устройство обЛсщает более высокой чувствительностью и точностью по сравнению с известными измерительными преобразовател ми.

Claims (1)

1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ АКУСТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий высокочастот- ' ный генератор, усилитель, подключенный к его выходу первый смеситель , и мембранный датчик на поверхностных акустических волнах, выполненный в виде пьезоэлектрической пластины, на противоположных сторонах которой на одинаковом расстоянии от ее центра расположены пара противолежащих входных и пара противолежащих выходных встречноштыревых преобразователей (ВШП), отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, он дополнительно содержит последовательно включенные второй, третий и четвертый смесители, при этом выход генератора соединен с входными ВШП и вторыми входами первого и третьего смесителей, вторые входы <д второго и четвертого смесителей соединены с соответствующими выходными ВШП, выход первого смесителя соединен с первым входом второго смесителя, а выход четвертого с* входом усилителя.

   riis

   СО ю '1069192