SU1134889A1 - Device for measuring force - Google Patents

Device for measuring force Download PDF

Info

Publication number
SU1134889A1
SU1134889A1 SU833538207A SU3538207A SU1134889A1 SU 1134889 A1 SU1134889 A1 SU 1134889A1 SU 833538207 A SU833538207 A SU 833538207A SU 3538207 A SU3538207 A SU 3538207A SU 1134889 A1 SU1134889 A1 SU 1134889A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
sources
plate
working surface
cantilever
electrodes
Prior art date
Application number
SU833538207A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Никонорович Пугачев
Original Assignee
Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта filed Critical Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority to SU833538207A priority Critical patent/SU1134889A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1134889A1 publication Critical patent/SU1134889A1/en

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее консольно закрепленную пьезопластину, два источника поверхностных акустических волн, подключенных к генератору, и отсчетное устройство, отличающеес  тем, что, с целью повьппени  чувствительности и точности за счет уменьшени   вли ни  внешних воздействий на измерение, в него введены две структуры полевых транзисторов с электродами в виде истоков, затворов и стоков, упоры и втора  пьезопластина с вогнутой рабочей поверхностью, при этом середина дуги ее рабочей поверхности расположена с зазором напротив свободного кра  консольной пластины, противоположный край которой неподвижно закреплен с помощью упоров на второй пьезопластинеj при этом на свободном край консольной пластины, на ее концах, размещены структуры полевых транзисторов с электродами, параллельными плоскости консольной пластины, причем истоки и за1воры расположены так, что рассто ние между .ними кратно нечетному числу акусi тических полуволн заданной длины и смещены ближе к рабочей поверхности второй пьеэопластины чем стоки, при этом истоки и -стоки подключены к отсчетному устройству, а источники поверхностных акустических волн рас- 2 положены на рабочей поверхности вто- i рой пьезопластины диагонально по раз-i ные стороны консольной пластины па- i раллельно электроД|ам полевых транзисЦЧТ ijiiiit торов.ТТ оо 00 &A DEVICE FOR MEASURING EFFORTS, containing a cantilever piezo plate, two sources of surface acoustic waves connected to a generator, and a reading device, characterized in that, in order to increase sensitivity and accuracy by reducing the effects of external influences on the measurement, two structures are introduced into it field-effect transistors with electrodes in the form of sources, gates and drains, stops and a second piezoplate with a concave working surface, while the middle of the arc of its working surface is located with The opposite side of the free edge of the cantilever plate, the opposite edge of which is fixedly fixed with the help of the stops on the second piezoplastin, at the free edge of the cantilever plate, at its ends, are placed the structures of field-effect transistors with electrodes parallel to the plane of the cantilever plate, and the distance between the legs is a multiple of an odd number of acoustic half-waves of a given length and is shifted closer to the working surface of the second pyo-plate than the drains, while the sources and flows The sources of surface acoustic waves are located on the working surface of the second piezoplate diagonally along the different sides of the cantilever plate parallel to the electrodes of the field transistors CTJTOR 00 &

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике, конкретнее к измерению усилий с помощью поверхностных акустических волн, и может быть использовано в любых област х народного хоз йства дл  измерени  усилий, ускорени , вибраций. Известно устройство дл  измерени  усилий, состо щее из пьезопластины со встречно-штыревьми преобразовател ми , упругой мембраны, на которую воздействует внешнее усилие ij Принцип действи  известного устро ства основан на измененрш скорости распространени  поверхностных акусти ческих волн от приращений модул  упругости под воздействием внешнн-л уси лий. Недостатком этого устройства  вл  етс  низка  точность измерени  при широком диапазоне измер емых усилий, обусловленна  малой величиной приращени  модул  упругости под воздействием внешних усилий. Известен пьезоэлектрический преобразователь ускорени , содержащий консольно закрепленный в корпусе пьезоэлемент с электродами, инерцион ную массу, присоединенную к свободно му концу пьезозлемента, усилитель, св занный с электродами, корректирую щее звено, принцип действи  которого основан на изменении скорости распространени  поверхностных акусти-. ческих волн от приращений модул  упругости под воздействием внешних усилий 2J . Недостатком этого устройства  вл  етс  низка  точность измерени  при широком диапазоне измер емых усилии. обусловленна  малой величиной приращени  модул  упругости под воздействием внешних УСИЛИЙ. Наиболее близким по технической сущности к изобретению . вл етс  устройство дл  измерени  усилий, содержащее консольно закрепленную пьезопластину , два источника поверхностных акустических волн, подкгаоченных к генератору и отсчетное устройство. Принцип действи  известного устройства основан на измерении скорости распространени  поверхностных акустических волн от приращепий коду л  упругости под воздействием внешних усилий 2 . Недостатками этого устройства  вл ютс  низка  точность измерени  при 1 9i широком диапазоне измер емых усилий, мала  величина приращени  модул  упругости под воздействием внешних усилий. Цель изобретени  - повышение чувствительности и точности за счет уменьшени  вли ни  внешних воздействий на измерение, Цель достигаетс  тем, что в устройство , содержащее консольно закрепленную пьезопластину, два источника поверхностных акустических волн, подключенных к генератору, и отсчетное устройство, введены две структуры полевых транзисторов с электродами в виде истоков, затворов и стоков, упоры и втора  пьезопластипа с вогнутой рабочей поверхностью, при этом середина дуги ее рабочей поверхности расположена с зазором напротив свободного кра  консольной пластины противоположный край которой неподвижно закреплен с помощью упоров на второй пьезопластине, при этом- на свободном крае консольной пластины на ее концах, размещены структуры полевых , транзисторов с электродами, параллельными плоскости консольной пластины, причем истоки и затворы расположены так , что рассто ние между ними кратно нечетному числу акустических полуволн заданной длины и смещены ближе к рабочей поверхности второй пьезопластины чем стоки, при этом истоки и стоки подключены к отсчетному устройству, а источники поверхностных акустических волн расположены, на рабочей поверхности второй пьезопластины диагонально по разные стороны консольной пластины параллельно электродам полевых ччтлгг, тт г rt гтг.и/- о ттгэл ттптта otr транзисторов. На фиг, 1 изобра. структурна  схема устройства; на фиг. 2 - вид на торец консольной пластины со стороны поленых транзисторов о Один торец упругого элемента в виде пьезопластины 1 закреплен не-,, подвижно посредством упоров 2 относительно пьазопластины 3 и на его противоположном торце расположены истоки , затворы 5, стоки 6, структуры полевых транзисторов 7. Стоки 6 относительно истоков 4 , (выходные электроды) подключены к отсчетному устройству 8. Источники поверхностных акустических волн (ПВА) 9, 10, расположеннь е на противоположных концах параллельных раздельных звукопроводов 11, 12, подключены к генератору электрических сигналова 1 Устройство работает следующим образом . В исходное состо нии, когда на упругий элемент . 1 не действует внешнее усилие, его торец с -истоками и затворами 4, 5 находитс  на раз-г ном рассто нии от источников ПВА 9, 10. В этом случае врем  распространени  электрических сигналов от генератора 13 до истоков затворов 4, 5 будет одинаковым. Прохождение ПАВ в звукопроводах 11, 12 пьезопластины 3 вызывает по вление электростатических зар дов над истоками 4, затворами 5 (выполненными, например, из металла), которые усиливаютс  в структурах полевых транзисторов 7 и с их стоков 6 и истоков 4 поступают на отсчетное устройство 8. Кажда  структура полевых транзисторов 7, в Которые вход т исток 4, затвор 5, сток 6, расположена на торце упругого элемента 1 раздельно над каждым звукопроводом 11, 12. IВходные электроды (истоки и затворы) расположены ближе к звукопроводам, чем выходные электроды (стоки) на рассто ние, примерно 0,1-1 мм. Поэто му электрические зар ды, сформирован ные на пьезолластине 3, оказывают воздействие в основном только на вхо ные электроды (исток, затвор) полевых транзисторов 7, которыеусиливаю электрические сигналы с большим отно шением сигнал/шум, что повышает точность измерени . Цепь питани  структур транзисторов по посто нному току на чертеже не показана. Истоки и затворы расположены пара лельно между собой на рассто нии равным нечетному числу длин полуволн акустических колебаний в пьезопласти не, что позвол ет только в этом случае усиливать электрические сигналы структурами полевых транзисторов 7, а усиленные сигналы прив зьгеать по фазе к колебани м генератора 13, что также повьшает точность измерени . Пьезопластина З.выполнена с вогнутой цилиндрической поверхностью, на которой по окружности поверхности расположены два звукопровода 11, 12 с источниками встречных направлеНИИ поверхностных акустических волн 9, 10. При воздействии внешнего усили  (ускорени ) торец упругого элемента 1 с истоками и затворами 4, 5 перемещаетс  над цилиндрической поверхностью звукопроводов 11, 12 и врем  распространени  ПАВ в звукопроводе 11 (например) уменьшаетс , а в звукопроводе 12 увеличиваетс  до истоков и затворов 4, 5. С истоков и стоков усиленные сигналы поступают в отсчетное устройство 8, которое пересчитывает величину изменени  электрических сигналов (частоту, фазу, период) в единицы измер емых усилий. Упругий элемент 1 перемещаетс  по радиусу.равному радиусу вогнутой . цилиндрической поверхности пьезопластины 3 и между истоками 4, затворами 5 и пьеЭопластиной сохран етс  посто нный зазор (HanpiiMep 0,01 мм), что способствует стабильностгг амплитуды выходных сигналов и точности измерени . Дифференциальное включение звукопроводов 11 и 12 в отсчетное устройство 8 повышает точность измерений . Упругий элемент выполнен в виде тонкой пластины из плавленного кварца , механические- свойства которого мало завис т от внешних факторов и температуры. , Применение полевых транзисторов позвол ет усиливать сигналы с большим .отношением сигнал/шум, что позволит уменьшить вли ние внешних воздейстВИИ , вызывающих по вление шумов и повысить точность измерений.The invention relates to instrumentation engineering, more specifically to the measurement of forces using surface acoustic waves, and can be used in any area of the national economy for measuring forces, accelerations, vibrations. A device for measuring forces consisting of piezoplates with interdigital transducers, an elastic membrane, which is exerted on an external force ij, is known. ley A disadvantage of this device is the low measurement accuracy with a wide range of measured forces, due to the small increment value of the elastic modulus under the influence of external forces. A piezoelectric acceleration transducer containing a piezoelectric element with electrodes, an inertial mass connected to the free end of the piezoelement, an amplifier coupled to the electrodes, and a correction link, whose principle of action is based on changing the propagation velocity of surface acoustics, is known. waves from the increments of the elastic modulus under the influence of external forces 2J. A disadvantage of this device is the low measurement accuracy with a wide range of measured forces. due to the small value of the modulus of elasticity increment under the influence of external EFFORTS. The closest in technical essence to the invention. is a device for measuring forces containing a cantilever piezoplate, two sources of surface acoustic waves attached to the generator and a reading device. The principle of operation of the known device is based on measuring the speed of propagation of surface acoustic waves from increments to the code l of elasticity under the influence of external forces 2. The disadvantages of this device are low measurement accuracy at 1 9i a wide range of measured forces, small increment modulus of elasticity under the influence of external forces. The purpose of the invention is to increase the sensitivity and accuracy by reducing the effects of external influences on the measurement. The goal is achieved by introducing two structures of field-effect transistors with a device containing a cantilever piezo plate, two sources of surface acoustic waves connected to the generator, and a reading device. electrodes in the form of sources, gates and drains, stops and the second piezo-plastic with a concave working surface, while the middle of the arc of its working surface is located with a gap in front In the free edge of the cantilever plate, the opposite edge of which is fixedly fixed with the help of stops on the second piezoplate, while on the free edge of the cantilever plate at its ends, structures of field-effect transistors with electrodes parallel to the plane of the cantilever plate are placed, the distance between them is a multiple of an odd number of acoustic half-waves of a given length and is shifted closer to the working surface of the second piezoplate than the drains, while the sources and drains are connected to the reference mu device and surface acoustic wave sources are arranged on the working surface of the second piezoceramic plate diagonally on opposite sides of the cantilever plate parallel to the electrodes chchtlgg field, tt rt gtg.i r / - about ttgel ttptta otr transistors. Fig, 1 image. device structure; in fig. 2 - view of the end of the cantilever plate from the side of the filled transistors o One end of the elastic element in the form of a piezoplate 1 is fixed non-movably by stops 2 relative to piezoplate 3 and at its opposite end there are sources, gates 5, drains 6 The drains 6 relative to the sources 4, (output electrodes) are connected to the reading device 8. Sources of surface acoustic waves (PVA) 9, 10, located at opposite ends of parallel separate sound pipes 11, 12, are connected to g generators of electric signalova apparatus 1 operates as follows. In the initial state, when on the elastic element. 1, an external force does not act, its end face with sources and gates 4, 5 is at a different distance from the sources of PVA 9, 10. In this case, the time of propagation of electrical signals from generator 13 to sources of gates 4, 5 will be the same. The passage of surfactants in the sound ducts 11, 12 of the piezoplates 3 causes electrostatic charges to appear above the sources 4, the gates 5 (made, for example, of metal), which are amplified in the structures of the field-effect transistors 7 and from their outlets 6 and the sources 4 Each structure of the field-effect transistors 7, which include the source 4, gate 5, drain 6, is located at the end of the elastic element 1 separately above each sound pipe 11, 12. The input electrodes (sources and gates) are located closer to the sound pipes than the output electrodes ( hundred ki) over a distance of about 0.1-1 mm. Therefore, the electric charges formed on the piezollastic 3 mainly affect only the input electrodes (source, gate) of field-effect transistors 7, which amplify electrical signals with a high signal-to-noise ratio, which improves the measurement accuracy. The power supply circuit of the transistor structure is not shown in the drawing. The sources and gates are located parallel to each other at a distance equal to an odd number of half-wavelengths of acoustic oscillations in the piezoplastic, which only in this case amplifies electrical signals by the structures of field-effect transistors 7, and amplified signals are coupled in phase to oscillations of the generator 13, which also increases the measurement accuracy. The piezoplastina Z. is made with a concave cylindrical surface on which two sound lines 11, 12 are located around the circumference of the surface with sources of opposite directions of surface acoustic waves 9, 10. When exposed to external force (acceleration), the end of the elastic element 1 with sources and gates 4, 5 moves over the cylindrical surface of the sound pipes 11, 12 and the time of propagation of the surfactant in the sound pipe 11 (for example) decreases, and in the sound pipe 12 it increases to sources and gates 4, 5. From sources and sinks, the amplified signals are post Payuta a reading device 8 which counts the amount of change of electrical signals (frequency, phase, time) in units of the measured forces. The elastic element 1 moves along a radius. The equal radius is concave. the cylindrical surface of the piezoplates 3 and between the sources 4, the closures 5 and the piEoplastina maintain a constant gap (HanpiiMep 0.01 mm), which contributes to stable output amplitude and accuracy of measurement. Differential inclusion of the sound pipes 11 and 12 in the reading device 8 improves the measurement accuracy. The elastic element is made in the form of a thin plate of fused quartz, whose mechanical properties depend little on external factors and temperature. The use of field-effect transistors makes it possible to amplify signals with a high signal-to-noise ratio, which will reduce the influence of external influences that cause the appearance of noise and improve the measurement accuracy.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее консольно закрепленную пьезопластину, два источника поверхностных акустических волн, подключенных к генератору, и отсчетное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности за счет уменьшения влияния внешних воздействий на измерение, в него введены две структуры полевых транзисторов с электродами в виде истоков, затворов и стоков, упоры и вторая пьезопластина с вогнутой рабочей поверхностью, при этом середина дуги ее рабочей поверхности расположена с зазором напротив свободного края консольной пластины, противоположный край которой неподвижно закреплен с помощью упоров на второй пьезопластинеj при этом на · свободном краю консольной пластины, на ее концах, размещены структуры полевых транзисторов с электродами, параллельными плоскости консольной пластины, причем истоки и затворы расположены так, что расстояние меж ду ними кратно нечетному числу акустических полуволн заданной длины и смещены ближе к рабочей поверхности второй пьезопластины чем стоки, при этом истоки и стоки подключены к отсчетному устройству, а источники поверхностных акустических волн расположены на рабочей поверхности вто- рой пьезопластины диагонально по раз·4 ные стороны консольной пластины па- ! раллельно электродам полевых транзисторов .DEVICE FOR MEASURING EFFORTS, containing a cantilever-mounted piezoelectric plate, two sources of surface acoustic waves connected to the generator, and a reading device, characterized in that, in order to increase sensitivity and accuracy by reducing the influence of external influences on the measurement, two field structures are introduced into it transistors with electrodes in the form of sources, gates and drains, stops and a second piezoelectric plate with a concave working surface, while the middle of the arc of its working surface is located with a gap n opposite to the free edge of the cantilever plate, the opposite edge of which is fixedly fixed by means of stops on the second piezoelectric plate j, while on the · free edge of the cantilever plate, at its ends, there are structures of field-effect transistors with electrodes parallel to the plane of the cantilever plate, and the sources and gates are located so that the distance between them is a multiple of an odd number of acoustic half-waves of a given length and is shifted closer to the working surface of the second piezoelectric plate than the drains, while the sources and drains are connected to even device, and the sources of surface acoustic waves are located on the working surface of the second piezoelectric plate diagonally along different · 4 sides of the cantilever plate! parallel to the electrodes of field-effect transistors. 00 со00 s
SU833538207A 1983-01-10 1983-01-10 Device for measuring force SU1134889A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833538207A SU1134889A1 (en) 1983-01-10 1983-01-10 Device for measuring force

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833538207A SU1134889A1 (en) 1983-01-10 1983-01-10 Device for measuring force

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1134889A1 true SU1134889A1 (en) 1985-01-15

Family

ID=21044797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833538207A SU1134889A1 (en) 1983-01-10 1983-01-10 Device for measuring force

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1134889A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725203C1 (en) * 2019-07-30 2020-06-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Mechanical quantity sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент US № 3978731, кл. 73-407, опублик. 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 718789, кл. G 01 Р 15/08, 1978. 3.Патент US № 3888115, кл. 73-88.5. 1975 (прототип). *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725203C1 (en) * 2019-07-30 2020-06-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Mechanical quantity sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4107626A (en) Digital output force sensor using surface acoustic waves
Harrison Plane and circular motion of a string
US4462256A (en) Lightweight, broadband Rayleigh wave transducer
SU1134889A1 (en) Device for measuring force
US4621530A (en) Surface acoustic wave accelerometer
Lakestani et al. Broadening the bandwidth of piezoelectric transducers by means of transmission lines
SU1029085A1 (en) Linear accelerating pickup
SU1190211A1 (en) Device for measuring temperature
JP2014192692A (en) Surface acoustic wave device and physical quantity detector using the same
JPH067167B2 (en) Sonde for measuring underground artificial elastic waves
SU1191815A1 (en) Pulse-interference method of measuring ultrasound velocity
SU1679394A1 (en) Accelerometer
SU775637A1 (en) Temperature measuring device
SU466419A1 (en) Instrumentation waveguide ultrasound receiver
SU1104410A1 (en) Converter for measuring speed of sound in materials
SU1597540A1 (en) Device for measuring linear displacements
SU636539A1 (en) Centrifugal acceleration vector meter
SU513276A1 (en) Piezoelectric static force measuring device
Fujita et al. Measurement technique for mechanical vibration using a thickness-mode piezoelectric transducer with two comb-shaped electrodes
SU1002966A1 (en) Device for measuring liquid and gaseous media flow speed and consumption rate
SU1714381A1 (en) Acoustic vibration amplitude tester
SU380910A1 (en) DEVICE FOR DETECTION OF PLACE OF LEAKAGE OF HIDDEN PIPELINES BY ACOUSTIC RADIATION
SU798501A1 (en) Capacitive vibration converter
SU1282362A1 (en) Acoustical transducer
SU1315883A1 (en) Transducer of gas moisture content