SU851130A1 - Дифференциальный пьезоэлектрическийпРЕОбРАзОВАТЕль - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано дл  измерени  механических усилий, ускорений, перемещений, давлени  и температуры.

Известен дифференциальный преобразователь механических усилий, содержсцций упругое кольцо с пьезоэлектрическими вибраторами ll.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  диффренциальный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий два пьезорезонатора , укрепленных на упругом элементе и подключенных к двум ав тогенераторам, и,смеситель Сз Недостатком этих устройств  вл етс  возможность измерени  лишь одного параметра - силы. В устройстве, вз том за прототип, чувстёительными элементами автогенераторов которого  вл ютс  пьезокварцевые резонаторы, измер емое воздействие, в частности сила, приводит к изменению частот пьезорезонаторов в противоположные стороны и, в конечном счете, к изменению частот генерации автогенератор ров в разные стороны, в то врем  как температура приводит к изменению

частот пьезорезонаторов и, следовательно , автогенераторов в одну и ту же сторону

f foi + (F)+ bf (t)

fu foa- ) fcf (t)

Благодар  дифференциальному включению пьезоэлектрических резонаторов в сигнале разностной частоты на выходе смесител  частично компенсирует10 с  вли ние одного из двух воздействующих на пьезорезонаторы факторов, т.е. температура. Таким образом, известные устройства позвол ют измер ть только один параметр - силу, 15 хот  чувствительные элементы(пьезоэлектрические резонаторы) воспринимают воздействие и второго фактора - температуры.

Цель изобретени  - обеспечение

20 возможности дополнительного измерени  температуры.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь введены два коммутатора, тактовый генератор, фа25 зовый детектор, фильтр нижних частот и два усилител , причем выходы автогенераторов соединеюл со входёши коммутаторов, управл ющие входы которых подключены к выходу тактового

30 генератира, первые выходы коммутаторов св заны со входами смесител , а вторые - со входами фазового детектора , выход которого соединен со вхо дом фильтра нижних частот, а его выход подключен ко входам усилителей , соединенных своими выходами с управл ющими входами автогенераторов На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого преобразовател . Преобразователь содержит упругий элемент 1 с пьезркварцевыми резона торами 2 и 3, подключенными к автогенераторам 4 и 5, и смеситель 6, а также два коммутатора 7 и 8, такто вый генератор 9, фазовый детектор 10 фильтр 11 нижних частот и два усилител  12 и 13, нагруженных на управл ющие входы автогенераторов 4 и 5. Входы усилителей 12 и 13 св заны с выходом фильтра 11 нижних частот, подключенного входом к выход фазового детектора 10, входы которого подсоединены ко вторым выходам коммутаторов 7 и 8, первые выходы которых нагружены на смеситель 6,а первы и управл ющие входы св заны соответственно с выходами автогенераторов 4 и 5 и тактового генератора 9. Упругий элемент 1 находитс  под действием силы и температурного пол  в точке измерени . На торцовые поверхности упругого элемента укреплены пьезокварцевые резонаторы 2 и 3, испытывающие точечное нагружение. Ре зонаторы 2 и 3 подключены соответственно к автогенераторам 4 и 5. Одновременное воздействие силового и те пературного полей измен ет резонансные частоты пьезокварцевых резонаторов 2 и 3 и, следовательно, частот и f автогенераторов генерации 4 и 5. fl foi k t 4- k F kt- воздействующие температу ра и сила; k - коэффициент преобразовани  по температуре или коэффициент температурно чувствительности; k ,Ц2 - коэффициенты преобразовани  по силе или коэффи циенты силовой чувствительности . Пьезоэлектрические резонаторы 2 и 3 имеют одинаковые коэффициенты пр образовани  к температуре, что харак терно дл  дифференциальных устройств Коэффициенты k. и Цг преобразовани  по силе при дифференциальном включении должны иметь противоположные зна ки. В качестве пьезокварцевых резонаторов могут быть выбраны резонаторы LC-среза, имеющие высокие коэффициенты преобразовани  по силе и тем пературе и необходимые знаки этих коэффициентов. Устройство работает следующим об разом. Введение в устройство тактового | генератора 9, двух коммутаторов 7 и 8, фазового детектора 10, фильтра . 1 нижних частот и двух усилителей 12 13 позвол ет в течение периода такового генератора Т t,( + fc измер ть помимо силы F и второй воздействующий на пьезорезонаторы 2 и 3 фактортемпературу . В первую часть периода t (D-t ) тактового генератора 9 происходит измерение силы, когда коммутаторы 7 и 8 подключают автогенераторы 4 и 5 к смесителю б, на выходе которого выдел етс  частотный сигнал , пропорциональный воздействующей силе fp fi -f-i Ifo2 )+ (k +kj ) F Bo вторую часть периода () тактового генератора 9 происходит измерение температуры, когда коммутаторы 7 и 8 подключают автогенераторы 4 и 5 ко входам фазового детектЬра 10. В этом случае, поскольку-имеетс  разность частот 2 устройстве наблюдаетс  режим биений. В зависимости от знака мгновенного напр жени  биений разность между частотами автогенераторов 4 и 5 то повышаетс , то понижаетс , что приводит к неодинаковой длительности положительной и отрицательной полуволн напр жени  биений, в результате чего на выходе фазового детектора 10 образуетс  посто нна  составл юща  напр жени , котора  подаетс  через фильтр 11 нижних частот и усилители 12 и 13 с разноименными знаками коэффициентов передачи на автогенераторы 4 и 5 и снижает при определенных услови х частоту биений до нул . В этом случае с выхода любого из автогенераторов 4 и 5 имеют частотный сигнёш, пропорциональный воздействующей температуре f f -foi - kt Б момент времени t срабатывают коммутаторы 7 и 8 и подключают автогенераторы 4 и 5 ко входам фазового детектора 10, на выходе которого за счет разности частот f -fa наблюдаютс  биени , причем напр жение на выходе фазового детектора 10 в режиме биений содержит тем большую посто нную составл ющую, чем меньше начальна  расстройка d f частот f.f и %. в предлагаемом устройстве благодар  заранее известному выбору знака расстройки автогенераторов 4 й- 5 и разноименным знакам коэффициентов передачи усилителей 12 и 13, а следовательно , изменению в разные стороны напр жений управлени  и, в конечном счете, частот управл емых автогенераторов 4 и 5 в определенный момент времени также происходит взаимный захват частот f и ffj . В дальнейшем возникающа  при изменении воздействи  силы F дополнительна  расстройка

вышеупом нвтых частот автогенёраторов 4 и 5 уже относительно uf приводит к изменению уровн  посто нного напр жени  на выходах фазового детектора 10 и фильтра 11 нижних частот. Если при возможных экстремальных расхождени х частот f и f , определ емых диапазонами возможных воздействующих сиЛу расстройка, вносима  управл ющими элементами 12 и 13 автогенераторов 4 и 5, достаточна дл  полной компенсации этих расхождений,, то при включенной системе ФАПЧ напр жение на выходе фильтра 11 нижних частот всегда пропорционально воздействующей на пьезорезонаторы 2 и 3 силе F, а следовательно, учитыва  вышесказанное, частотный сигнал с выхода любого из автогенераторов 4 и 5 пропорционален воздействующей на пьезорезонаторы дополнительно измер емой температуре t. .

Таким образом, дифференциальный пьезоэлектрический преобразователь позвол ет измер ть не только усилие, но и температуру, чем выгодно отличаетс  от известных.

Claims (2)

1. Авторское свидетельство СССР I 558189, кл. G 01 L 9/08, 08,10.75.

2. Мсшов В.В. Пьезорезонансные датчики . М., Энерги , 1978, с. 120 (прототип).