SU823893A1

SU823893A1 - Mechanical deformation meter using surface acoustic waves

Info

Publication number: SU823893A1
Application number: SU792790420A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Асмоловский; Александр Николаевич Рождественский
Original assignee: Омский политехнический институт
Priority date: 1979-07-09
Filing date: 1979-07-09
Publication date: 1981-04-23

Description

.1 Изобретение относитс к виброакус тической технике измерений и может быть использовано дл измерени механических деформаций, параметров механических колебаний и температуры в машиностроении и авиацконной технике . Наиболее близким к предлагаемому вл етс преобразователь механических да формаций на поверхностных акустических волн ах, содержащий пъезопластину,на поверхности которой размещены параллельн друг другу три встречно-штыревые пре образовател , два из которых вл ютс возбуждающими, соединены параллельно и предназначены дл подключени к генератору, а третий - приемный 1. Недостатком указанного устройства вл етс сравнительно низка точность вследствие недостаточной чувствительности преобразовател . Цель изобретени - повышение точности измерени переменных механичес ких деформаций. Поставленна цель достигаетс тем,что в преобразователе механических деформаций на поверхностных акус тических волнах приемный преобразователь выполнен из двух равных частей , сдвинутых относительно друг друга, на половину длины поверхностной а|сустичес1 ой волны, имеющих апертуЬн , равныеполовине апертуры возбуждакзднх преобразователей, и- расположен мезаду возбуж чающими npeo6pja3Oвател ми , рассто ние мекаду центрами . которых кратно целому числу длин поверхностных акустических волн. На фиг. 1 изображен преобразователь механических деформаций на поверхностных акустических волнах, вид сверху; на фиг. 2 - интерференционна картина при сложении двух бегущих поверхностных волн и расположение электродов приемного встречно-штыреього преобразовател . Преобразователь механических деформаций на по.верхностных акустических волнах содержит пьезоппастину 1, на поверхности которой размещены параллельно друг другу три встречноштыревые преобразовател 2, 3 и 4, второй и третий из которых, . вл ющиес возбуждакзщими-, соединены параллельно и предназначены дл подключени к генератору, а третий приемнь й преобразователь 4 выполнен из двух равных частей/ сдвинутых отноCHTeJibHO друг друга на половину длины поверхгостной акустичес1 5й волны, имеющих апертуры возбуждающих преобразователей 2 и 3, и расположен между возбуждающими преобразовател ми, рассто ние между центрами которых кратно целому числу длин поверхностных акустических волн..1 The invention relates to a vibroacoustic measurement technique and can be used to measure mechanical deformations, mechanical vibration parameters and temperature in mechanical engineering and aeronautical engineering. Closest to the present invention is a mechanical and formation transducer on surface acoustic waves ah, containing a piezoplate, on the surface of which three interdigital transducers are placed parallel to each other, two of which are exciting, are connected in parallel and are intended to be connected to a generator, and the third is receiving one. The disadvantage of this device is relatively low accuracy due to insufficient sensitivity of the converter. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement of variable mechanical deformations. The goal is achieved by the fact that in the mechanical deformation transducer on surface acoustic waves, the receiving transducer is made of two equal parts, shifted relative to each other, half the length of the surface acoustic wave, having apertures equal to half the aperture of the excited transducers, and the mezzad is located by exciting npeo6pja3, distance between centers. which is a multiple of a whole number of surface acoustic wavelengths. FIG. 1 shows a transducer of mechanical deformations on surface acoustic waves, top view; in fig. 2 - interference pattern with the addition of two traveling surface waves and the location of the electrodes of the receiving interdigital transducer. The mechanical deformation transducer on the surface of acoustic waves contains piezopastin 1, on the surface of which three counter-transducer 2, 3 and 4 are placed parallel to each other, the second and third of which,. which are excitating, are connected in parallel and are intended to be connected to the generator, and the third receiving transducer 4 is made of two equal parts / shifted CHTeJibHO ratios of one another half the length of the 5th acoustic surface of the exciting transducers 2 and 3, and is located between the exciting converters whose distance between centers is a multiple of an integer number of surface acoustic wavelengths.

Преобразователь выполнен методом фотолитографии на полированной поверхности пьезопластины 1. Дл уменьшени паразитной емкостной св зи между возбуждающими 2 и 3 и приемным преобразователем 4 их электрическое соединение осуществл етс на пьезопластинке , а общий провод дл двух половин приемного преобразовател 4 подключен к общему проводу возбуждающих преобразователей 2 и 3 и имеет Н-образную форму. Рассто ние между центрами возбуждающих преобразователей 2 и 3 выполн етс кратным целому числу длин волн. Центр приемного преобразовател 4 отстоит от центров возбуждс1ющих встречно-штыревых преобразователей на одинаковом рассто нии . Электроды одной из половин приемного преобразовател , например 4а, к общей шине (на чертеже не показан) которых подключен соединительный вывод 5, сдвинуты относительно электродов другой половины приемного преобразовател 46, к общей шине (на чертеже не показан) которых подключен соединительный вывод 6 на половину длины волны. Электроды приемного преобразовател 4, соединенные общей шиной с электродами возбуждающих преобразователей 2 и 3, также сдвинуты относительно друг друга на половину длины волны. К измерительной схеме возбуждающие преобразователиThe converter is made by photolithography on the polished surface of a piezoplate 1. To reduce parasitic capacitive coupling between the exciting 2 and 3 and the receiving transducer 4, their electrical connection is made on the piezoelectric plate, and the common wire for the two halves of the receiving transducer 4 is connected to the common wire of the exciting transducer 2 and 3 and has an H-shape. The distance between the centers of the driving transducers 2 and 3 is a multiple of the integer number of wavelengths. The center of the receiving transducer 4 is separated from the centers of the exciting interdigital transducers at the same distance. The electrodes of one of the receiving transducer halves, for example 4a, to the common bus (not shown) of which the connecting pin 5 is connected, are shifted relative to the electrodes of the other half of the receiving transducer 46, to the common bus (not shown) of the connecting pin 6 by half wavelength. The electrodes of the receiving transducer 4, connected by a common busbar with the electrodes of the driving transducers 2 and 3, are also shifted relative to each other by half the wavelength. Exciter transducers to measuring circuit

2и 3 подключаютс с помощью выводов 7 и 8, а приемный преобразователь с помощью выводов 5 и 6.2 and 3 are connected using pins 7 and 8, and the receiving transducer using pins 5 and 6.

Работа преобразовател механических деформаций на поверхностных акустических волнах иллюстрируетс на фиг. 2, где по оси У отложена амплитуда ВОЛНОВОГО процесса при интерференции двух синфазных поверхностных акустических волн в функции от волнового числа k, т.е. Ac(k), а по оси X - текуща координата волнового процесса. Возбужденна встречноштыревыми преобразовател ми 2 и 3 поверхностна акустическа волна распростран етс по поверхности пьезопластины 1. При рассто нии между возбуждающими преобразовател ми 2 иThe operation of the mechanical strain transducer on surface acoustic waves is illustrated in FIG. 2, where the Y axis represents the amplitude of the WAVE process with the interference of two in-phase surface acoustic waves as a function of the wavenumber k, i.e. Ac (k), and on the X axis - the current coordinate of the wave process. The surface acoustic wave excited by the counter-converters 2 and 3 propagates along the surface of the piezoplate 1. With a distance between the excitation converters 2 and

3кратном целому числу длин волн и равенстве амплитуд бегущих волн3 times the integer number of wavelengths and equality of the amplitudes of traveling waves

А (k) А2(1) А( k) , вдоль поверхности Пьезопластины 1 происходит сложение бегущих поверхностных волн A (k) A2 (1) A (k), along the surface of Piezoplastina 1, the addition of traveling surface waves occurs

UCk,x)A(k)cos (lWt+kL)4-A2(k)cos (uut-kL)2A(k)cosu;t.coskL 2A(k) cosurt,(1)UCk, x) A (k) cos (lWt + kL) 4-A2 (k) cos (uut-kL) 2A (k) cosu; t.coskL 2A (k) cosurt, (1)

где ID- кругова частота возбуждающего сигнала, t - -врем .where ID is the circular frequency of the exciting signal, t is the time.

При деформации пьезопластины 1 происходит изменение рассто ни между возб ждакхцими преобразовател ми 2 и 3.When the piezoplates 1 are deformed, the distance between excitations of converters 2 and 3 changes.

Огибающа сигналов с выходов приемного преобразовател 4 имеет видThe envelope of the signals from the outputs of the receiving transducer 4 has the form

fy (AL)2F(l+cos)(2а)fy (AL) 2F (l + cos) (2a)

ff, (AL)2F(l-cosAif).,ff, (AL) 2F (l-cosAif).,

(26)(26)

где (k)m - амплитудное значениеwhere (k) m is the amplitude value

огибающей сигнала при , am-, коэффициент/ учитывающий преобразование амплитуды бегущей поверхностной волны в электрический сигнал, набег фазы - вследствие деформации пьезопластины 1 на &L.signal envelope with, am-, coefficient / taking into account the conversion of the amplitude of the traveling surface wave into an electrical signal, phase advance due to deformation of the piezoplate 1 by & L.

Выражени (2а) и (26) показывают, что амплитуды огибаюгдей сигналов, снимаемых с выводов 5 и б приемного преобразовател 4, завис т от величины деформации пьезопластины 1. Размещению электродов одной из половин приемного встречно-штыревого преобразовател , например 4а, обща шина которых соединена с выводом 5 в зонах пучностей, а электродов другой половины - 46, обща шина которых соединена с выводом 6, в зонах узлов , установившихс в результате интерференции возбужденных поверхностных волн соответствует минимальна разность продетектированных сигналов с выводов 5 и б, преобразовател механических деформаций при . Дифференциальное включение приемного преобразовател 4 к измерительной схеме осуществл ет подавление синфазных составл ющих помехи.Expressions (2a) and (26) show that the amplitudes of the envelopes of the signals taken from pins 5 and b of the receiving transducer 4 depend on the magnitude of the deformation of the piezoplate 1. The placement of the electrodes of one of the halves of the receiving interdigital transducer is, for example, 4a. connected to pin 5 in the zones of the antinodes, and the electrodes of the other half - 46, the common busbar of which is connected to pin 6, in the zones of the nodes established as a result of the interference of the excited surface waves corresponds to the minimum difference of the detected GOVERNMENTAL signals from the terminals 5 and b transducer mechanical deformations at. Differential connection of the receiving transducer 4 to the measuring circuit suppresses the common-mode components of the disturbance.

Эффективность преобразовател механических деформаций на поверхностных акустических волнах обусловлена тем, что вследствие увеличени базового размера преобразовател увеличиваетс его чувствительность, снижаетс аддитивна погрешность вследствие равенства амплитуд взаимодействующих акустических волн, а .также за счет дифференцисшьной схемы включени приемного преобразовател ; обеспечиваетс возможность измерени переменных механических и статических деформаций.The efficiency of a mechanical deformation transducer on surface acoustic waves is due to the fact that, due to an increase in the base size of the transducer, its sensitivity increases, the additive error decreases due to the equality of the amplitudes of the interacting acoustic waves, and also due to the differential switching circuit of the receiving transducer; it is possible to measure variable mechanical and static deformations.

Claims

1. Bazarov V.D. et al. Measurement of small attenuations and changes in the speed of ultrasonic surface questions, Acoustic log. T. XXI, 1978, № b, p. 814, FIG. one.

(;

4o

.2

one