SU917007A1 - Датчик силы - Google Patents

Description

- , t

Изобретение относитс  к измери .тельной технике и может быть использовано дл  измерени  усили  в маииностроении .

Известен датчик силы, в котором изменение времени запаздывани  поверхносных акустических волн под действием измер емой величины преоб- разуетс  в частоту. Датчик содершт консольно закрепленную пьезопластину, к свободному концу которой прикладываетс  перпендикул рно плоскости пластины измер ема  сила. На поверхность пьеэопластины нанесены преобразователи поверхностных акустических волн образу  -линию задержки. Один из преобразователей  вл етс  возбуждающим и подключен к выходу усилител , а другой приемный соейи нен с входом усилител . Лини  задержки включена в цепь положительной обратной св зи усилйггел  и  в л етс  чacтoтoзaдaющи i элементом ав тргенератора. Под действием измер емой силы происходит деформаци  звукопровода линии задержки при этом измен етс  врем  запаздывани  по-, верхносных акустических волн и частот на выходе автогенератора 11,

(5.4) ДАТЧИК СИЛЫ

Однако уменьшение погреаности измерени  ограничено неидентичностью параметров усилителей в рабочем диапазоне температур датчика, а разнесение чувствительного элемента и усилителей на рассто ние значительно усложн етс , так как требует увеличени  числа соединительных кабеЛёй.

10

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  датчик силы, чувствительный элемент которого выполнен в виде резонатора на поверхностных акустических волнах. Чувствительный элемент датчика состоит из пьезопластинки пр моугольной формы закрепленной с двух сторон. На одной поверхности пьезопластины вдоль длинных сторон разме20 щены встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн и отражающие электроды. Преобразователь подключен к входу и выходу усилител . Дестабилизирующее

25 вли ние температуры в данном датчике на чувствительный элемент может , быть снижено только за счет использовани  в качестве звукопровода материалов, имеющих стабильные температурные характеристики времени задержки. Однако известные срезы пьеэоматериадов не обладают стабил ными температурными характеристика ми в широком диапазоне температур. ПОЭТОМУ, нар ду с использованием температурнрстабильных материалов чувствительного элемента в датчик силы на поверхностных акустических волнах резонаторного типа, дальнейшее снижение дестабилизирующего вли  ни  температуры обеспечиваютс  структурными методами терьюкомпенсадии . Цель изобретени  - повышение точ ности за счет снижени  дестабилизирующего вли ни  температуры. Указанна  цель достигаетс  Фем, что в датч:ике, содержащем пьезоплас тину с размещенными на ней пьезорезонатором , состо щим из преобразова тел  поверхностных акустических вол И отражающих электродов, преобразователь -поверхностных акустических волн выполнен в виде двух пр моугол ных спиралей, а пьезопластина консольно закреплена и имеет цилиндрические закруглени  ребер вдоль длин ных сторон, а расстр ние между витками спиралей выбрано из соотношени  вдоль ньезопластины Ц а поперек пьезопластины h - ггг-г 173;е Vf и V - заданные скорости распространени  поверхностных акустйч«йских волн соответственно вдоль и поперек пьезопластины f, и fj, резонансные часточи преобразовател  соответственно вдоль и поперек пьез пластины. , На чертеже представлен датчик силы. Датчик состоит из пьезопластины преобразователей поверхностных акус . тических волн 2, отражаюцдах электро дов 3, усилител  4,корпу.са датчика 5 Преобразователь 2 представл ет собой две пр моугольные епиралйг, совмещенные таким образом, что рассто ние между соседними витками спи ралей равно пвловине длины волны, возбуждаемой в соответствующем направлении распрос-з ранейи . Рассто  йие от центра преобразовател  2 поBepxHocTHEix акустических волн вдоль пьезопластины до геометрического центра отражаювдих электродов 3 крат но целому числу длин полуволн - , где А - длина волны/ соответствующа  резонансной частоте f преобразовател  2. Длина пути распростран етс  поверхностной акустической волны поперек пьезопластины также кратва-целому числу длин полуволн , где Л2 длина волны, соответствующа  резонансной частоте пре образовател : Преобразователь поверхностных акустических волн и отражающие электроды выполнены на одной из двух полированных поверхностей пьезопластины, например методом фотолитографии . На пьезопластине вдоль длинных сторон выполнены цилиндрические закруглени , которые также подвергнуты полировке. Пьезопластина крепитс  консольно в корпусе 5, к выходам преобразовател  подключен усилитель 4. Датчик работает следующим образом. В каждом направлении распространени  вдоль и поперек пьезопластины возбуждаютс  сто чие поверхностные волны. В продольном направлении пьезопластины в формировании сто чей волны участвуют отражающие электроды.В поперечном направлении сто ча  волна образуетс  в результате интерферейции , возбуждаемой преобразователем волны при ее циркул ции через соответствующие .закруглени  и противоположную поверхность пьезоппастины. При подключении к преобразователю усилител  в автогенераторе устанав иваетс  двухчастотный режим автоколебаний ,. При нагружении пьезопластинн частота f продольного резонатора измен етс  в результате механических напр жений, возникающих в звукопроводе. Изменение резонансной частоты от температуры продолйного и поперечного резонаторов -зависит от среза пьезопластины и ориентации ортогональных направлений распространени  поверхностных акустит есних волн относительно кристаллографических осей. Дл  пьезопластины из ниобатй лити  У среза и напрайлени  распространени  доверхностных волн дл-  продольного резоиатора вдоль оси а поперечного вдоль оси X изменени  резонансных частот от температура, имеют одинаковый знак и отличаютс  на величину не более 10%, а в случае использовани  изотропных йластинок звукопровода равны. . . Резонансна  частота сигналов с выхода автогенератора, которую можно вьщелить/ подключив фильтр нижних частот к выходу усилител , определ етс  разностью частот резонатора вдоль и поперек пьезопластины, поэтому дестабилизирующее вли ние температуры ослабл етс  не менее чем на пор док и за счет этого повышаетс .  точность измерений, при этом чувствительный элемент может подключатьс  к усилителю с помощью одного кабел . Дл  независимого возбуждени  двух мод колебаний используетс  один активный элемент, при этом он одновременно выполн ет функции смесител . Форкй ла изобретени  1.Датчик силы, содержащий пьеэопластину с размещенны ш на йей резои натором, состо щим из преобразовател  поверхностаых вола и отражаюодах электродов, отличают и и с   тем, что, с целью повцшени  точное й прео азователь поверхностйых акустических волн  дшолйен в виде двух пр моугрпышх спиралей, а пьеаоплаюти а консо ьыо закреплена и. имв ет циликйрические закруглени  вдоль длинных сторон.2 ,ДаФчйК по н. i, о т л и ч а й;Щ и и с   тем, что рассто ние между :виткаьш спирапеа выбраво из соот о .шеви  вдоль пьезопластиша {ц , а гд п 1 -4 к перек пьеэопластины hj , J и Уд - скорости распространени  поверхностных акустических волн соответственно вдсЗИь и поперек пьезопластины} f 1г резонансныечастоты преобразовател  соответственно вдоль и поперек пьезопл астины, Источники информахши,  тые во внимание при экспертизе . . Патент ША № 3878477, кл. 3311974 . .Патент ФРГ 2754669, G 01 L 1/16, 1978 (прототип).

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Датчик силы, содержащий пьезо-; пластину с размещенными на ней резонатором, состоящим из преобразователя поверхностных волн и отражающих . электродов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователь поверхностных акустических волн выполнен в виде двух прямоугольных спиралей,/а пьезопластина консольно закреплена и имеет цилиндрические закругления ребер вдоль длинных сторон.
2. 2, Датчик по η. 1, о т л и ч а 8>:Щ и й с я тем, что расстояние между витками спиралей выбрано из ,шения вдоль пьезопластины К, соотиоfj____. - ’ to а поперек пьеэопластины h₂ - , где Ц и V_a - скорости распространения поверхностных акустических волн соответственно ВДОЛЬ и поперек пьезопластины) £ и |_г~ резонансные частоты ’ преобразователя соответственно вдоль и поперек пьезопластины.