SU1516749A1 - Transducer of linear movements - Google Patents
Transducer of linear movements Download PDFInfo
- Publication number
- SU1516749A1 SU1516749A1 SU884358927A SU4358927A SU1516749A1 SU 1516749 A1 SU1516749 A1 SU 1516749A1 SU 884358927 A SU884358927 A SU 884358927A SU 4358927 A SU4358927 A SU 4358927A SU 1516749 A1 SU1516749 A1 SU 1516749A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- sections
- output
- generator
- amplifier
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике. Датчик линейных перемещений содержит закрепленный на корпусе стержневой пьезоэлемент 2 с нанесенными на его двух боковых поверхност х низкоомными токопровод щими покрыти ми, из которых одно разделено на гальванически изолированные секции 4,5 и 6. Секци 4 выполнена из ферромагнитного материала и дискретно намагничена по длине на участках 7, представл ющих элементарные посто нные магниты. Покрытие 3 и секци 4 подключены к выходу генератора 8 напр жени посто нного тока, управл емого по чатсоте. Частота генератора 8 выбираетс такой, чтобы в пьезоэлементе 2 устанавливалась сто ча ультразвукова волна, пучности которой располагались бы на участках 7. При перемещении индикатора вдоль поверхности пьезоэлемента 2 на его выходе периодически по вл ютс пачки импульсов, которые пересчитываютс и регистрируютс . Дл коррекции температурной погрешности секции 5 и 6 подключены к входам дифференциального усилител 9, выход которого соединен с управл ющим входом генератора 8. При нормальной температуре величины напр жений на секци х 5 и 6, размещенных на таком же рассто нии одна от другой, как и участки 7, будут практически одинаковыми, а потому сигнал на выходе усилител 9 будет равным нулю. При изменении температуры окружающей среды скорость распространени волны в пьезоэлементе 2 изменитс , а потому напр жени на секци 5 и 6 также станут различными. На выходе усилител 9 по витс корректирующий сигнал, который поступит на управл ющий вход генератора 8, измен его частоту до тех пор, пока пучности сто чей ультразвуковой волны снова не размест тс в секци х 5 и 6. Таким образом, температурна погрешность измерени будет скорректирована. 4 ил.This invention relates to a measurement technique. The linear displacement sensor contains a core piezoelectric element 2 fixed on the housing with low-conductive coatings applied on its two side surfaces, one of which is divided into galvanically isolated sections 4.5 and 6. Section 4 is made of ferromagnetic material and is discretely magnetized along the length sections 7, representing elementary permanent magnets. The coating 3 and section 4 are connected to the output of the generator 8 of a DC voltage controlled by the sensor. The frequency of the generator 8 is chosen such that a standing ultrasonic wave is installed in the piezoelectric element 2, the antinodes of which would be located in sections 7. When the indicator moves along the surface of the piezoelectric element 2, bursts of pulses periodically appear at its output, which are recalculated and recorded. In order to correct the temperature error, sections 5 and 6 are connected to the inputs of the differential amplifier 9, the output of which is connected to the control input of the generator 8. At normal temperatures, the voltages on sections 5 and 6, placed at the same distance from one another, as sections 7 will be almost the same, and therefore the signal at the output of amplifier 9 will be equal to zero. When the ambient temperature changes, the wave propagation speed in the piezoelectric element 2 will change, and therefore the voltage on section 5 and 6 will also become different. At the output of the amplifier 9, a correction signal is supplied to the Vits, which is fed to the control input of the generator 8 by changing its frequency until the antinodes of the standing ultrasonic wave are again located in sections 5 and 6. Thus, the temperature error of measurement will be corrected . 4 il.
Description
VN I VN I
/Ь /V - VV ../IV / B / v - VV ../IV
// / ; Y уф / V,// V Л л д /) // // /; Y UV / V, // V L L d /) //
jM yV / К,jM yV / K,
кto
33
от другой, как и участки 7, будут практически одинаковыми, а потому сигнал на выходе усилител 9 будет равным нулю. При изменении температуры окружающей среды скорость распространени волны в пьезоэлементе 2 изменитс , а потому напр жени на секци х 5 и 6 также станут различными . На выходе усилител 9 по витс from the other, as sections 7, will be almost the same, and therefore the signal at the output of amplifier 9 will be equal to zero. When the ambient temperature changes, the wave propagation velocity in the piezoelectric element 2 changes, and therefore the voltage across sections 5 and 6 will also become different. At the output of the amplifier 9 Vits
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени линейных перемещений объектов.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure linear movements of objects.
Цель изобретени - повышение точности за счет цифровой формы представлени выходного сигнала и коррекции температурной погрешности.The purpose of the invention is to improve the accuracy due to the digital form of the representation of the output signal and the correction of the temperature error.
На фиг.1 представлена функциональна схема датчика линейных перемещений; на фиг.2 - конструкци пьезоэле- мента; на фиг.З характер колебаний участков электропровод щего ферромагнитного покрыти , дискретно намагниченного по длине; на фиг. - диаграммы напр жени на выходе индикатора колебаний.Figure 1 presents the functional diagram of the sensor linear displacement; 2 shows the construction of the piezoelement; in FIG. 3, the nature of oscillations of areas of an electrically conductive ferromagnetic coating discretely magnetized in length; in fig. - voltage diagrams at the output of the oscillation indicator.
Датчик линейных перемещений содержит корпус 1 и закрепленный на нем стержневой пьезоэлемент 2. На двух боковых поверхност х пьезоэлемента 2 нанесены низкоомные токопровод щие покрыти : на одной поверхности покрытие 3 а на другой - покрытие, разделенное на три гальванически изолированные секции Ц, 5 и 6, из которых Секци 4 выполнена из ферромагнитного материала и дискретно намагничена по длине на участках 7, отсто щих один от другого на одинаковых рассто ни х Л. Рассто ние между секци ми 5 и 6 также равно Л. К покрытию 3 и секции k подключен возбудитель колебаний пьезоэлемента 2, выполненный в виде генератора 8 напр жени переменного тока, управл емого по частоте. Секции 5 и 6 подключены к входам дифференциального усилител 9, выход которого соединен с управл ющим входом генератора 8. Над пьезоэлементом 2 с возмож ностью перемещени вдоль его поверхности установлен индикатор 10 колебаний в виде магниточувствительного элемента, подключенного к блоку 11The linear displacement sensor comprises a housing 1 and a core piezo element 2 fixed on it. On the two side surfaces of the piezo element 2 low-resistance conductive coatings are applied: on one surface coating 3 and on the other a coating divided into three galvanically isolated sections C, 5 and 6, of which Section 4 is made of ferromagnetic material and is discretely magnetized in length in sections 7, spaced one from another at equal distances L. The distance between sections 5 and 6 is also equal to L. By the cover 3 and section k is connected in The exciter of the piezoelectric element 2, made in the form of an alternating current voltage generator 8, controlled in frequency. Sections 5 and 6 are connected to the inputs of the differential amplifier 9, the output of which is connected to the control input of the generator 8. Over the piezoelectric element 2, an oscillation indicator 10 is installed in the form of a magnetically sensitive element connected to block 11
корректирующий сигнал, который поступит на управл ющий вход генератора 8, измен его частоту до тех пор, пока пучности сто чей ультразвуковой волныa correction signal, which is fed to the control input of the generator 8, changing its frequency until the antinodes of the standing ultrasound wave
снова не размест тс в секци х 5 и 6. Таким образом, температурна погрешность измерени будет скорректирована . 4 ил.again, they are not placed in sections 5 and 6. Thus, the temperature measurement error will be corrected. 4 il.
00
5five
регистрации амплитуды колебаний пьезоэлемента 2.recording the amplitude of oscillation of the piezoelectric element 2.
Датчик линейных перемещений работает следующим образом.The linear displacement sensor works as follows.
Под действием переменного напр жени генератора 8 вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта в пьезоэлементе 2 возбуждаютс упругие поперечные колебани . Частота f генератора 8 выбираетс таким образом, что в пьезоэлементе 2 устанавливаетс сто ча ультразвукова волна. Это выполн етс при условииUnder the action of the alternating voltage of the generator 8, elastic transverse oscillations are excited in the piezoelectric element 2 due to the inverse piezoelectric effect. The frequency f of the generator 8 is chosen in such a way that a standing ultrasonic wave is set in the piezoelectric element 2. This is done subject to
30thirty
SJ.DSJ.D
2.12.1
(1)(one)
где с - скорость распространени колебаний в пьезокерамике; 1 - длина пьезоэлемента; п - мода колебаний (число полупериодов сто чей волны). При этом длина волны установившихс колебанийwhere c is the velocity of oscillation propagation in piezoceramics; 1 - the length of the piezoelectric element; n is the oscillation mode (the number of half periods of the standing wave). In this case, the wavelength of the established oscillations
00
5five
00
5five
-f-f
2-а.2-a.
(2)(2)
На поверхности секции k покрыти , выполненного из ферромагнитного материала (например, никел , кобальта, железа и т.п.), предварительно созданы дискретные намагниченные участки 7, которые можно представить в виде элементарных посто нных магнитов, линейные размеры которых определ ютс параметрами записывающего устройства, например шириной рабочего зазора записывающей магнитной головки (обычно 1-3 мкм).On the surface of the coating section k, made of a ferromagnetic material (for example, nickel, cobalt, iron, etc.), discrete magnetized portions 7 were previously created, which can be represented as elementary permanent magnets whose linear dimensions are determined by the parameters of the recorder for example, the width of the working gap of the recording magnetic head (usually 1-3 μm).
Рассто ние между дискретными намагниченными участками равно и, и при этом каждый из них расположен в пучности сто чей волны, установившейс в пьезоэлементе 2.The distance between the discrete magnetized regions is equal to and, and at the same time, each of them is located in the antinode of the standing wave established in the piezoelement 2.
Таким образом, каждый из элементарных посто нных магнитов 7 совершаетThus, each of the elementary permanent magnets 7 performs
гармонические колебани в вертикальной плоскости с амплитудой, равной амплитуде сто чей волны в пьезоэле- менте 2, котора определ етс его размерами и материалом, а также частотой и напр жением генератора 8.harmonic oscillations in a vertical plane with an amplitude equal to the amplitude of the standing wave in the piezoelectric element 2, which is determined by its size and material, as well as the frequency and voltage of the generator 8.
Перемеща сь вдоль поверхности секции t, индикатор 10 колебаний периодически (период равен и) попадает в области переменного магнитного пол , созданного дискретными намагниченными участками 7, расположенными на поверхности колеблющегос пьезоэлемента 2. При этом в индикаторе 10 колебаний наводитс переменна ЭДС в виде отдельных пачек импульсов (фиг.), частота следовани которых определ етс скоростью перемещени индикатора 10 колебаний, а частота следовани импульсов в пачке зависит также от частоты переменного напр жени генератора 8.Moving along the surface of section t, the oscillation indicator 10 periodically (the period is equal to and) hits the alternating magnetic field created by discrete magnetized sections 7 located on the surface of the oscillating piezoelectric element 2. At the same time, the EMF is induced in the oscillation indicator 10 as separate pulse trains (Fig.), the frequency of which is determined by the speed of movement of the indicator 10 oscillations, and the frequency of the pulse in a pack also depends on the frequency of the alternating voltage of the generator eight.
В блоке 11 регистрации происходит подсчет числа пачек импульсов, соответствующих числу намагниченных участков 7, пройденных индикатором 10 колебаний при движении вдоль секции k пьезоэлемента 2. Таким образом реализуетс дискретный датчик перемещений с разрешающей способностью, равной Л.In the registration unit 11, the number of bursts of pulses corresponding to the number of magnetized sections 7 passed by the indicator 10 oscillations is observed when moving along section k of the piezoelectric element 2. Thus, a discrete displacement sensor is realized with a resolution equal to L.
Известно, что изменение внешних факторов, в частности температуры, вызывает изменение скорости с распространени ультразвуковых колебаний в в пьезокерамике. Следовательно, изменение температуры может вызвать нарушение услови резонанса (1), длина волны Л измен етс и дискретные намагниченные участки 7 уже не располагаютс в пучност х сто чей волны. В схеме возникает разбаланс, который приводит к по влению температурной погрешности.It is known that a change in external factors, in particular temperature, causes a change in speed from the propagation of ultrasonic vibrations in piezoelectric ceramics. Consequently, a change in temperature can cause a violation of the resonance condition (1), the wavelength A changes, and the discrete magnetized portions 7 are no longer located in the antinodes of the standing wave. An imbalance occurs in the circuit, which leads to the appearance of a temperature error.
Дл повышени точности измерений в датчик ввод т дифференциальный усилитель 9, поддерживающий режим сто чей волны в пьезоэлементе 2 за счет изменени частоты генератора 8, пропорционального изменению температуры.To improve the measurement accuracy, a differential amplifier 9 is introduced into the sensor, supporting the standing wave mode in the piezoelectric element 2 due to a change in the frequency of the generator 8 proportional to the change in temperature.
Дл этого на внешней поверхности пьезоэлемента 2 выдел ют две гальванически изолированные секции 5 и 6 в ьиде узких полос (фиг.2). Рассто ние между ними равно л и обе секции при начальных услови х (например, при температуре t J) расположены в пучност х сто чей волны. Вследствие пр мого пьезоэффекта в секци х 5 и 6 наводитс одинаковое по величине напр жение , частота которого равна частоте колебаний пьезоэлемента 2.For this, two galvanically isolated sections 5 and 6 in the form of narrow strips are separated on the outer surface of the piezoelectric element 2 (Fig. 2). The distance between them is equal to l and both sections under initial conditions (for example, at temperature tj) are located at the antinodes of the standing wave. Due to the direct piezoelectric effect in sections 5 and 6, the voltage of the same magnitude is induced, the frequency of which is equal to the frequency of oscillation of the piezoelectric element 2.
Секции 5 и Ь подключены к входам дифференциального усилител 9, напр жение на выходе которого в исходном состо нии (при t) близко к нулюSections 5 and b are connected to the inputs of the differential amplifier 9, the output voltage of which in the initial state (at t) is close to zero.
Q вследствие равенства входных напр жений . При изменении температуры (t) пучности сто чей волны смещаютс и возникает неравенство напр жений секций 5. и 6. Это напр жение, усиленноеQ due to equality of input voltages. With a change in temperature (t), the antinodes of the standing wave are displaced and an inequality of the stresses of sections 5 and 6 arises. This voltage, amplified
5 усилителем 9 поступает на управл ющий вход генератора 8 и измен ет его частоту таким образом, что в пьезоэлементе вновь устанавливаетс сто ча волна длиной .5, the amplifier 9 is fed to the control input of the generator 8 and changes its frequency so that a standing wavelength is again set in the piezoelectric element.
0 Таким образом, устран етс температурна погрешность датчика, что повышает точность измерени перемещений .0 Thus, the temperature error of the sensor is eliminated, which improves the accuracy of movement measurement.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884358927A SU1516749A1 (en) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | Transducer of linear movements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884358927A SU1516749A1 (en) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | Transducer of linear movements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1516749A1 true SU1516749A1 (en) | 1989-10-23 |
Family
ID=21347807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884358927A SU1516749A1 (en) | 1988-01-05 | 1988-01-05 | Transducer of linear movements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1516749A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4132111A1 (en) * | 1991-09-26 | 1993-04-01 | Siemens Ag | Measurement pick=up for strain gauge - detects change in separation of electrodes fixed to elastic support, pref. in strips, by measurement of capacitance effect |
-
1988
- 1988-01-05 SU SU884358927A patent/SU1516749A1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4132111A1 (en) * | 1991-09-26 | 1993-04-01 | Siemens Ag | Measurement pick=up for strain gauge - detects change in separation of electrodes fixed to elastic support, pref. in strips, by measurement of capacitance effect |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4806859A (en) | Resonant vibrating structures with driving sensing means for noncontacting position and pick up sensing | |
US4887032A (en) | Resonant vibrating structure with electrically driven wire coil and vibration sensor | |
US4372164A (en) | Industrial process control instrument employing a resonant sensor | |
US4315214A (en) | Displacement sensor using a galvanomagnetic element positioned in a periodically inverted magnetic field | |
US3423673A (en) | Apparatus utilizing magnetostrictive member for measuring linear displacement between two bodies | |
SU1516749A1 (en) | Transducer of linear movements | |
US2474693A (en) | Magnetic field responsive device | |
JP3799415B2 (en) | Magnetostrictive displacement detector | |
JPH0610251Y2 (en) | Rotation angle detector | |
JP2803091B2 (en) | Magnetic sensor | |
SU1689859A1 (en) | Rotational speed transducer | |
SU1409858A1 (en) | Vibrocontact instrument transducer of dimension derivations | |
JP3216038B2 (en) | Magnetic detection method and magnetic detection device using vibrator | |
RU1797036C (en) | Device for measuring a modulus of normal elasticity | |
SU995044A1 (en) | Piezoelectric seismometer | |
GB2194054A (en) | Magnetometer | |
JPS63205514A (en) | Device for detecting position and speed magnetically | |
SU734586A1 (en) | Vibroprobe | |
SU600434A1 (en) | Gaseous medium thermal-physical parameter monitoring device | |
SU1245865A1 (en) | Vibration contact transducer-meter of deflections | |
SU1645807A1 (en) | Displacement measuring device | |
SU1548660A1 (en) | Arrangement for measuring displacements | |
SU845009A1 (en) | Device for simultaneous measuring of density, volumetric and mass flow rate | |
SU1290214A1 (en) | Transducer of magnetic field | |
SU1229562A1 (en) | Vibrocontact gauging transducer |