SU979902A1 - Differential piezoelectric converter - Google Patents

Differential piezoelectric converter Download PDF

Info

Publication number
SU979902A1
SU979902A1 SU813303600A SU3303600A SU979902A1 SU 979902 A1 SU979902 A1 SU 979902A1 SU 813303600 A SU813303600 A SU 813303600A SU 3303600 A SU3303600 A SU 3303600A SU 979902 A1 SU979902 A1 SU 979902A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
output
oscillator
pass filter
inputs
low
Prior art date
Application number
SU813303600A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Федор Федорович Колпаков
Владимир Алексеевич Шевелев
Валентина Митрофановна Читова
Владимир Альбертович Писарев
Original Assignee
Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского
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 Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского filed Critical Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Е.Жуковского
Priority to SU813303600A priority Critical patent/SU979902A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU979902A1 publication Critical patent/SU979902A1/en

Links

Description

(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ . Изобретение относитс  к технике элек . трических измерений .неэлектрических величин и может быть использовано дл  одновременного измерени  механических усилий, температуры и влажности. Известен дифференциальный пьезоэлек трический преобразователь механических усилий, содеркаший упругое кольцо с пьезоэлектрическими вибраторами 11 VI 121. Недостатком устройства  вл етс  возможность измерени  лишь одного параметра - силы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  дифференциальный пьезоэлектрический преобразователь , содержащий многопараметровый чувствительный элемент сдвум  пьезо- резонаторами, выполненный на одной пьезокварце вой пластине и подключенным 5. двум автогенераторам, которые своими Ьходами погружены на входы фазового детектора , св занного через фильтр нижних частот б входами первого и второго усиПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ лителей, соединенных своими выходами с управл ющими входами первого   второго автогенераторов. В известном устройстве чувствительными элементами автогенераторов которого служат пьезокварцевые резонаторы, одно из измер емых, воздействи й, в часгкосги. сила, приводит к изменению частот пьезорезонаторов в противоположные стороны, в конечном счете, и изменению частот генерации автогенераторов, в разные стороны , в то врем  как второй измер емый параметр - гемперагурапркводиг к изменению частот пьезорезонаторов, и, следовательно , частот автогенераторов а одну и ту же сторону т о uf(F}Af (Т) ( й (Т1 Благодар  дифференциальному включению пьезорезонаторов и схеме устройства имеетс  возможность измер ть помимо сипы   второй измертемый параметр температуру C3J . Сйнако в известном устройстве отсутствует возможность одновременного изме- рени  ускорени , действующего на датчик. Цель изобретени  расширение функциональных возможностей устройства, т. е возможность измерени . помимо гемперату1Ы и силы еще и ускорени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство введены третий пьезо- резонатор, вход щий в состав многопараметрового чувствительного элемента и включенный в дополнительно введенный третий автогенератор, преобразователь частота - напр жение, четвертый автогеГнерагор , дополнительный фазовый детектор/ дополнительный фильтр нижних частот, а также третий и четвертый усилители, njacчем выход второго автогенератора св зан через преобразователь частота - напр же- ние с первым управл ющим входом третьего детектора, второй вход которого св зан с выходом четвертого автогенератора, подключенного первым управл ющим входом к выходу первого фильтра нижних частот , а выход дополнительного фазового детектора через дополнительный фильтр . нижних частот подключен к входам третьего и четвертого усилителей, нагруженных на вторые, управл ющие входы третьего и четвертого автогенераторов. На фиг. 1. изббражена функциональна  схема предлагаемого дифференциального пьезоэлектрического преобразовател ; на фиг. 2 - конструкци  предлагаемого преобразовател . Преобразователь содержит многопараметровый (трехпараметровый) чувствитель ный элемент 1 с пьезокварцевыми резонаторами 2-4, подключенными к автогенераторам 5 - 7, фазовый детектор 8, преобразователь 9 частота - напр жение, фильтр 10 нижних частот, усилители 11 и 12, четвертый автогенератор 13, дополнительный фазовый детектор 14, дополнивтельный фильтр 15 нижних частот, третий и четвертый усилители 16 и 17 соответственно , причем выходы первого 5 и второго 6 автогенераторов своими выходами нагружены на входы первого фазового детектора 8, св занного через фильтр 10 нижних частот с входами первого 12 и второго 11 усилителей, соединенных свок м . выходами с управл ющими входами первого 5 и второго 6 автогенераторов, выход Гвторогд автет нера гора 6 свйзан через преобразователь частота - напр жен е 9 с первым управл ющим входом 979 2 третьего автогенератора 7, нагруженного на перв1ый вход дополнительного фазового детектора 14, второй вход которого св зан с выходом четвертого автогенератора 13, подключенного первым управл ющим входом к выходу фильтра 10 нижних частот, а выход дополнительного фазового детектора 14 через дополнительный фильтр 15 нижних частот подключен к входам третьего 16 и четвертого 17 усилителей, нагруженный на вторые управл ющие входы третьего и четвертого 13 автогенераторов . Многопараметровый чувствительный элемент 1 (фиг. 2) содержит корпус 18 и изготовленные за одно целое с ним мембрану 19 и поддерживающие мембранные стойки 20. В корпусе 18 поддерживающие мембранные стойки 2О устанавливаетс  кварцева  пластина. 2.1 (UC-cpeaa) со ступенчатыми электродами 22; на опорные щайбы 23 установлен пьезокварцевый диск 24 (LC-среза) с плоскими электродами 25, поджатый с торцов пружинами 26. Многопараметровый чувствительный элемент 1 находитс  под действием силы Р(Х-), температуры ТСХ), ускорени  ), действующего в плоскости, перпендикул рной продольной оси корпуса 18 и проход щей, через середины пружин 26. Пьезокварцевый диск 24 с плоскими электродами 25 выполнен из материала такого же ЬС-среза как и пьезокварцева  пластина 21 со ступенчатыми электродами 22, а также имеет одинаковую с пьезокварцевой пластиной 21 ориентацию относительно кристаллографических осей. Благодар  этому устран етс  помеховое влийние температуры Т, заключающеес  во взаимном перемещении плоских электродов 25 пьезокварцевого диска 24 относительно ступенчатых электродов 22 пьезокварцевой пластины 21. Пьезокварцевый диск 24 в данной конструкции многопараметрового чувствительного элемента выполн ет роль массы, используемой в акселерометрах. При этом щирина и конфигураци  пружин 26, ограничивающих перемещение пьезокварцевого диска 24 по поверхности опорных щайб 23, выбираетс  такой, чтобы обеспечить минимальную жесткость в направлении действи  ускорени  и максимальную жесткость во всех остальных направлени х. Ступенчатые электроды 22, центры которых расположены под углом 120 относительно центра пьезокварцевой пластины 21, нанесены на ней так чтобы плоскости торцов /ступенек были перпендикул рны направлеjamo действи  ускорени . В процессе сборки многопараметрово го чувствительного элемента на мембрану 19 воздействуют давлением, при этом поддерживающие мембранные стойки 2О отклон ютс  в стороны и в них вставл етс  пьезокварцева  пластина21 со ступенчатыми электродами 22, причем таким образом, чтобы ось каждого резонатора проходила через центр поддерживающей мембранной стойки 20 и центр пьезоквар цевой пластины 21. При сн тии давлени  пьезокварцева  пластина 21 оказываетс  зажатой в трех поддерживающих мем бранных стойках 2О. При этом пьезоквар цевый диск 24 подгибом пружин 26 уста навливаетс  относительно зажатой пьезокварце вой пластины 21 так, чтобы плоскость симметри Я каждого резонатора проходила .через диаметр каждого плоского электрода 25 пьезокварцевого диска 24 и вдоль плоскости раздела массы соответ ствующего ступенчатого электрода 22 пьезокварце вой пластины 21. Отметим, что диаметр каждого плоского (подвижного ) электрода 25 меньше диаметра соответствующего ступенчатого (неподвижного ) электрода 22. При изменении воздействующего давлени  Р происходит изменение сжимающи : усилий, пропорциональных давлению и прикладываемых к каждому резонатору (эффект гензочувсгвительносги). Воздействие температуры Т на кварцевые резонаторы происходит через мембрану контактным путем и путем радиации (эффект термочувствительности). Воздействие ускорени  приводит к изменению взаимного расположени  подвижных (плоских) электродов 25 пьезокварцевого диска 24 и неподвижных (ступенчатых) электродов 22 пьезокварцевой пластины 21, а, следовательно, и изменению. массы неподвижных электродов 22 в активной зоне (эффект массочувствительности ). Таким образом, кварцевые резонаторы 2-4 многопараметрового чувствительно го элемента 1 наход тс  под действием давлени , температуры и ускорени . Поскольку резонаторы 2-4 подключены соот ветственно к автогенераторам 5-7, то одновременное воздействие силового и температурного полей, а также ускорени  через эффекты тензо,- термо, - и массо- . чувствительности приводит к изменению езонансных частот пьезокварцевых резоаторов 2 - 4 и, следовательно, частот енерации . 2 3 втогенератоов5 - 7. Причем, так как в качестве езонаторюв примен ютс  кварцевые реонаторы иС-среза, обладающие линейой зависимостью частоты от Т,Р и с, о частоты генератораиии можно записать следующим образом fi fo-t «1ir l2 «13Si 2 где Т, F и с - воздействующие темпера- тура, сила и ускорение; ii (i-i.5) - коэффициент преобразова ни  по температуре или (1 ,3) - коэффициент температурной чувствительности соответствующего кварце- вого резонатора; с(- ( 1 1|Ь) коэффициент преобразовани  по силе или коэффициент массочувствительности . Пьезоэлектрические резонаторы 2-4 выполнены на одной общей пьезокварце- вой пластине 21 и имеют одинаковые по величине и знаку коэффициенты преобразовани  по температуре, что характерно дл  дифференциальных устройств Коэффициенты преобразовани  по силе и массе при дифференциальном-включении должны иметь дл  резонаторов 2 и 3 либо противоположные знаки, либо различные по величине коэффициенты с( и 0(22) в качестве пьезокварцевых резонаторов в предлагаемом устройстве используютс  резонаторы ЬС-среза, имеющие высокие коэффициенты преобразовани  по температуре , силе и массе и обладающие линейной зависимостью частот от измер емых воздействий. Кроме того, дл  этих резонаторов можно подобрать необходимые величины и знаки силовых коэффициентов чувствительности. Так, например, при изменений угла приложени  силы относительно кристаллографической оси Z кварцевого резонатора можно получать различные по величине и знаку коэффициенты силовой чувствительности. В нашем случае при приведенном на фиг. 2 расположении резонаторов относительно центра пьезоэлектрической пластины 21 коэффи- иненты силовой чувствительности )22 и о ji имеют разные величины, однак такие, что коэффициент силовой чувствительности по величине равен разности двум других коэффициентов Коэффищюнты массочувствительности выбраны все разные по величине, причем выполн етс  следующее неравенство ме жду ними Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. Из-за различи  коэффициентов тензои массочувствительности резонаторов 2 и 3, а, следовательно, за счет разности частот и f, автогенераторов 5 и 6, подключенных к первому фазовому детектору 8, на выходе последнего наблюда етс  биение, причем в зависимости от зн ка мгновенного напр жени  биений разност между частотами автогенераторов 5 и 6 то повыщаетс , то понижаетс , что .приводит к неодинаковой длительности полоЗшгельной и огрицагельной полуволн распределени  биений, в результате чего на выходе фазового детектора 8 образуетс  посто нна  составл юща  напр жени , тем больша  чем меньше начальна  расстройка частот и f2 (асинхронный режим). Эта посто нна  составл юща  подаетс  через фильтр 10 ни сних частот и усилители 11 и 12 с соответс вующимн по величине и знаку коэффициен тами усилени  на автогенераторз 5 и 6 и снижает частоту биений до иул . В реальной системе ФАПЧ с интегрирующим фильтром 10, если atj- полоса захвата системы ФАПЧ) при любой фазе включени  режим биений становитс  апериодическим и наступает захват частот . При этом устанавливаетс  посто нна  разность фаз cos do где д f yj - полоса удержани  системы ФАПЧ, и напр жение на выходе фазового детектора 9 также посто нно. В предлагаемом устройстве благодар  заранее известному выбору знака расстр ки автогенераторов 5 и б и равным по знаку и различным по величине коэф фициентам передачи усилителей 11 и 12 а, следовательно, частот управл емых автогенераторов 5 и 6 вопредоленный м мент времени также произойдет взаимный захват частот Т Т ft . В этом случае с выхода каждого из авггогенераторов 5 и 6 имеем частотный сигнал, пропорциональный воздействующей температуре т 1 - f 01 13 % - «21 В дальнейшем возникающа  при изменении воздействующих сил F и ускорени  Of дополнительна  расстройка частот автогенераторов 5 и 6 приведет к изменению уровн  посто нного напр жени  на выходе .фазового детектора 8 и фильтра Ю нижних частот. Если при возможных экстре-мальных расхождени х частот f .j и f определ емых диапазонами возможных воздействующих сил и ускорений, расстройки , вносимые в автогенераторы 5 и 6, достаточны дл  полной компенсации этих расхождений, то напр жение на выходе фильтра 1О нижних частот всегда будет пропорционально воздействующим на пьезорезонаторы 2 и 3 силы F и ускорению с ЧА 12- 21 3- 23 а, следовательно, учитыва  вышесказанное частотный сигнал с выхода любого из автогенераторов 5 и 6 будет пропорционально воздействующий на пьезорезонаторы измер емой температуры Т (синхронный режим). Частотный сигнал с геноратора 6, пройд  через преобразователь & частота напр жение , поступает на первый управл ющий вход автогенера гора 7 и компенсирует составл ющую , в результате чего частоту его генерации можно представить в виде т. е. этот сигнал не зависит от температуры Т (результат компенсации). Сигнал с выхода первого фильтра 10 нижних частот поступает на первый управл ющий вход четвертого автогенератора 13, в результате чего его частоту генерации можно записать в виде f4 fo4- Са,- ( Поскольку коэффициент силовой чувствительности пьезорезонатора 4 выбП (3), т.е. ран из уелоПИЯ - 2 1 а коэффициент массочувствитальности 4 выбран, из услови  (4) пьеэорезонатора т. е. ТО мы имеем дифференциальное устройст во, включающее, автогенераторы 7 и 13, второй фазовый дегекгор 14, второй фильгр 15 нижних частот, а также третий и четвертый усилители 16 и 17, относительно третьего измер емого параметра - ускорени . Имеюща с  расстройка .частот f и f автогенераторов 7 и 13 приводит к аналогичному ранее рассмотренному режиму биений (асинхронный режим), а затем захвату частот , и f (синхронный режим ), в результате чего напр жение на выходе второго фильтра 15 нижних частот будет пропорционально третьему изме р емому параметру - ускдрению cj , а . частотный сигнал с выхода Л1обого из автогенераторов 7 и 13 при выбранных раз нозначных коэффициентах усилени  усилителей 16 и 17 будет пропорционален воз действующей на пьезорезонаторы силе F -fo4(«l3-°23) 1i-°M С ) Следовательно, в предлагаемом устройстве имеетс  возможность одновремен ного измерени  трех разнородных физических параметров - температуры, силы (давлени ) и ускорени , а также увеличи точность определени  температуры и силы за счет устранени  дополнительной погрешности их определени , обусловленной вли нием ускорени ,Формула изобретени  Дифференциальный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий-многопарам D7 2 iO тровый чувствительный элемент с двум  пьезорезонаторами, выполненными на одной пьезокварце вой пластине и подключенными к двум автогенераторам, которые своими выходами нагружены на входы фа-, эового дегек1юра, св занного через фильгр нижних частот с входами первого и второго усилителей, соединённых своими выходами с управл ющими входак и первого и второго автогенераторов, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, в него введены третий пьезорезонатор, вход щий в состав многопараметрового чувствителыного элемента и включенный в дополнителЕгко введенный третий автогенератор, преобразователь частота - напр жение, четвертый автогенератор, дополнительный фа- . зовый детектор, дополнт-ельный фильтр нижних частот, а также третий и четвертый усилители, при этом выход второго автогенератора св зан через преобразователь частота - напр жение с первым управл ющим входом третьего автогенератора , нагруженного на первый вход дополнительного фазового детектора, второй вход которого св зан с выходом четвертого автогенератора, подключенного первым управл ющим входом к выходу фильтра нижних частот, выход дополнительного фазового детектора через дополнительный фильтр нижних частот подключен к входам третьего и четвертого усилителей , св занных с вторыми управл ющими входами третьего и четвертого автогенераторов . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 558189, кл. G О1 U 9/08, 1975. 2.Патен Великобритании № 1483456, кл. G 1 G (G01 L, 1/16), 1977. 3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2886749, кл. G 01 L 1/16, 1980 .(54) DIFFERENTIAL PIEZOELECTRIC. FIELD: engineering. non-electric measurements and can be used to simultaneously measure mechanical forces, temperature and humidity. The known differential mechanical piezoelectric transducer, containing an elastic ring with piezoelectric vibrators 11 VI 121. The device lacks the ability to measure only one parameter — force. The closest to the technical essence of the invention is a differential piezoelectric transducer containing a multi-parameter sensitive element with two piezo resonators, made on one piezoquartz plate and connected 5. two autogenerators, which are immersed at the inputs of the phase detector connected through a low-pass filter b the inputs of the first and second transducers of the cells connected by their outputs to the control inputs of the first second autogenerators. In the known device, piezoquartz resonators serve as sensitive elements of autogenerators, one of the measurable effects per hour. force, leads to a change in the frequency of the piezoresonators in opposite directions, ultimately, and a change in the frequency of generation of oscillators, in different directions, while the second measured parameter, the gemperaguaradvodig to change the frequencies of the piezoresonators, and, consequently, the frequencies of oscillators and one the same side of t uf (F} Af (T) (th (T1) Due to the differential inclusion of piezoresonators and the device circuit, it is possible to measure, in addition to the vortex, the second measured parameter temperature C3J. There is a possibility of simultaneous measurement of the acceleration acting on the sensor. The purpose of the invention is to expand the functional capabilities of the device, i.e., the possibility of measurement. In addition to the temperature and acceleration force. The goal is achieved by introducing a third piezo-resonator into the device. the composition of the multiparameter sensing element and included in the additionally introduced third oscillator, frequency converter - voltage, fourth avtogeGneragor, additional phase detector / complement A low-pass filter, as well as third and fourth amplifiers, the output of the second oscillator is connected via a frequency converter to the voltage of the first control input of the third detector, the second input of which is connected to the output of the fourth oscillator connected to the first control input the output of the first low-pass filter, and the output of the additional phase detector through an additional filter. low frequencies connected to the inputs of the third and fourth amplifiers, loaded on the second, control inputs of the third and fourth oscillators. FIG. 1. a functional diagram of the proposed differential piezoelectric converter is shown; in fig. 2 - the design of the proposed Converter. The converter contains a multiparameter (three-parameter) sensing element 1 with piezoquartz resonators 2-4 connected to auto-oscillators 5-7, phase detector 8, frequency-to-voltage converter 9, low-pass filter 10, amplifiers 11 and 12, fourth auto-oscillator 13, additional phase detector 14, additional low-pass filter 15, third and fourth amplifiers 16 and 17, respectively, with the outputs of the first 5 and second 6 oscillators being loaded by their outputs to the inputs of the first phase detector 8 connected through the low-pass filter 10 with the inputs of the first 12 and second 11 amplifiers connected by a wand m. the outputs with the control inputs of the first 5 and second 6 autogenerators, the output of the motor is connected via a frequency converter - voltage 9 to the first control input 979 2 of the third autogenerator 7 loaded on the first input of the additional phase detector 14, the second input of which connected with the output of the fourth oscillator 13, connected by the first control input to the output of the low-pass filter 10, and the output of the additional phase detector 14 through the additional low-pass filter 15 is connected to the inputs of the third 16 and a fourth 17 amplifiers, loaded onto the second control inputs of the third and fourth 13 autogenerators. The multiparameter sensing element 1 (Fig. 2) comprises a housing 18 and a membrane 19 which are integrally made with it and supporting membrane supports 20. In the housing 18 supporting membrane supports 2O a quartz plate is installed. 2.1 (UC-cpeaa) with stepped electrodes 22; a piezo-quartz disk 24 (LC cut) with flat electrodes 25, pressed from the ends by springs 26, is mounted on the support plates 23. The multiparameter sensing element 1 is under the force P (X-), temperature TCH), accelerated), acting in a plane, perpendicular The longitudinal axis of the housing 18 and passing through the midpoints of the springs 26. A piezo-quartz disk 24 with flat electrodes 25 is made of a material of the same TC-cut as a piezo-quartz plate 21 with stepped electrodes 22, and also has the same orientation with a piezo-quartz plate 21 ntaation about crystallographic axes. This eliminates the interference effect of temperature T, which consists in the relative movement of the flat electrodes 25 of the piezoquartz disk 24 relative to the stepped electrodes 22 of the piezoquartz plate 21. The piezoquartz disk 24 in this design of the multi-parameter sensitive element serves as a mass used in accelerometers. At the same time, the width and configuration of the springs 26 limiting the movement of the piezoquartz disk 24 along the surface of the support plates 23 is chosen such as to ensure minimum rigidity in the direction of acceleration and maximum rigidity in all other directions. The step electrodes 22, the centers of which are located at an angle of 120 relative to the center of the piezoquartz plate 21, are deposited on it so that the plane of the ends / steps are perpendicular to the direction of acceleration. In the process of assembling the multi-parameter sensing element, the membrane 19 is subjected to pressure, while the supporting membrane posts 2O are deflected to the sides and a piezoquartz plate 21 with step electrodes 22 is inserted into them, so that the axis of each resonator passes through the center of the supporting membrane rack 20 and the center of the piezo quartz plate 21. When the pressure is released, the piezo quartz plate 21 is clamped in three supporting membrane racks 2O. At the same time, a piezoelectric disk 24 by bending springs 26 is installed relative to a clamped piezoquartz plate 21 so that the plane of symmetry I of each resonator passes through the diameter of each flat electrode 25 of the piezoquartz disk 24 and along the mass separation plane of the corresponding step electrode 22 of the piezoquartz plate 21 Note that the diameter of each flat (movable) electrode 25 is less than the diameter of the corresponding stepped (stationary) electrode 22. As the acting pressure P changes, Changing compressively: effort proportional pressure and applied to each resonator (genzochuvsgvitelnosgi effect). The effect of temperature T on quartz resonators occurs through the membrane by contact and by radiation (the effect of thermal sensitivity). The effect of acceleration leads to a change in the mutual arrangement of the moving (flat) electrodes 25 of the piezoquartz disk 24 and the fixed (stepped) electrodes 22 of the piezoquartz plate 21, and, consequently, the change. the mass of the stationary electrodes 22 in the active zone (the effect of mass sensitivity). Thus, the quartz resonators 2-4 of the multi-parameter sensing element 1 are under the action of pressure, temperature and acceleration. Since the resonators 2–4 are connected to the autogenerators 5–7, respectively, the simultaneous effect of force and temperature fields, as well as acceleration through the effects of tenso, - thermo, - and mass -. sensitivity leads to a change in the resonance frequencies of piezoquartz resonators 2 - 4 and, consequently, the frequencies of generation. 2 3 voltages 5–7. Moreover, since quartz IC-cut resonators with a linear frequency dependence on T, P and c are used as resonators, the oscillating frequency can be written as follows fi fo-t "1ir l2" 13Si 2 where T, F and c are the acting temperatures, force and acceleration; ii (i-i.5) is the coefficient of transformation by temperature or (1, 3) is the coefficient of temperature sensitivity of the corresponding quartz resonator; c (- (1 1 | b) force conversion factor or mass sensitivity coefficient. Piezoelectric resonators 2-4 are made on one common piezoquartz plate 21 and have temperature and temperature coefficients of the same magnitude and sign, which is characteristic of differential devices in force and mass in differential-inclusion must have for resonators 2 and 3 either opposite signs, or coefficients of different magnitude c (and 0 (22) as piezoquartz resonators in the offer The device uses bc-cut resonators with high conversion coefficients for temperature, force and mass and having a linear frequency dependence on the measured effects.In addition, the necessary magnitudes and signs of the power sensitivity coefficients can be selected for these resonators. the angle of application of the force relative to the crystallographic axis Z of the quartz resonator, one can obtain coefficients of power sensitivity of different magnitude and sign. In our case, given in FIG. 2 location of the resonators relative to the center of the piezoelectric plate 21, the power sensitivity coefficients) 22 and о ji have different values, however, such that the coefficient of power sensitivity is equal to the difference of two other coefficients of the mass sensitivity coefficient, and the following inequality holds waiting for them The operation of the proposed device is as follows. Due to the difference in the stress sensitivity coefficients of the resonators 2 and 3, and, consequently, due to the frequency difference and f, the autogenerators 5 and 6 connected to the first phase detector 8, a beating is observed at the output of the latter, and beating, the difference between the frequencies of the autogenerators 5 and 6 either increases or decreases, which leads to an unequal duration of the polylight and limitsant half-wave distribution of the beats, resulting in the output of the phase detector 8 a constant allowed moiety voltage, the greater the smaller the initial detuning frequency and f2 (asynchronous mode). This constant component is fed through a filter of 10 lower frequencies and amplifiers 11 and 12 with corresponding amplification factors for the oscillators 5 and 6 and reduces the frequency of the beats to stream. In a real PLL system with an integrating filter 10, if the atj (capture band of the PLL system) at any switching on phase, the beat mode becomes aperiodic and the frequencies are captured. This establishes a constant phase difference cos do where d f yj is the holding band of the PLL system, and the output voltage of the phase detector 9 is also constant. In the proposed device, due to the previously known selection of the alignment mark of the autogenerators 5 and b and equal in sign and different magnitudes of the transmission coefficients of the amplifiers 11 and 12 and, therefore, the frequencies of the controlled autogenerators 5 and 6, the predetermined time will also occur T ft. In this case, from the output of each of the generator sets 5 and 6, we have a frequency signal proportional to the affecting temperature t 1 - f 01 13% - "21 Later on, when the acting forces F change and accelerate Of, the additional frequency detuning of the oscillators 5 and 6 will lead to a change in the level a constant voltage at the output of the phase detector 8 and the lowpass filter Yu. If at possible extreme discrepancies of frequencies f .j and f defined by the ranges of possible influencing forces and accelerations, the detunings introduced into the oscillators 5 and 6 are sufficient to fully compensate for these discrepancies, then the output voltage of the low-pass filter 1O will always be proportionally acting on the piezoresonators 2 and 3 of the force F and acceleration from the HA 12-21 3-23, therefore, taking into account the above frequency signal from the output of any of the oscillators 5 and 6 will be proportional to the measured on the piezoresonators temperature T (synchronous mode). The frequency signal from Generator 6 goes through the & voltage frequency, is fed to the first control input of the autogenerator, mountain 7, and compensates for the component, as a result of which its generation frequency can be represented as i. e. this signal does not depend on temperature T (compensation result). The signal from the output of the first low-pass filter 10 is fed to the first control input of the fourth oscillator 13, as a result of which its generation frequency can be written as f4 fo4-Са, - (Since the power sensitivity coefficient of the piezoresonator 4 selects (3), i.e. wounds from uloPIJ - 2 1 and the mass-sensitivity coefficient 4 is selected, from the condition (4) of the piezoelectric resonator, i.e., we have a differential device, including, autogenerators 7 and 13, the second phase degenerator 14, the second filgr 15 low frequencies, and the third and fourth amplifiers 16 and 17, o about the third measured parameter — acceleration. Having a detuning of the frequencies f and f of the oscillators 7 and 13 leads to a similar previously considered beat mode (asynchronous mode), and then capturing frequencies, and f (synchronous mode), resulting in a voltage the output of the second low-pass filter 15 will be proportional to the third measured parameter — the acceleration cj, and the frequency signal from the output of L1 from the oscillators 7 and 13 with selected distinguished gain factors of amplifiers 16 and 17 will be proportional to the effect force on the piezoresonator F -fo4 ("l3- ° 23) 1 - ° M C. Therefore, in the proposed device, it is possible to simultaneously measure three dissimilar physical parameters — temperature, force (pressure) and acceleration, as well as increase the accuracy of temperature determination. and forces due to the elimination of the additional error of their determination, due to the effect of acceleration, the claims of the invention. Differential piezoelectric transducer containing D7 2 iO multipair sensing element with two piezoresonators on one piezoquartz plate and connected to two autogenerators, which, with their outputs, are loaded to the inputs of a fa- eelectrical degenerator connected through a low-pass filter with the inputs of the first and second amplifiers, which are connected by their outputs to the control input and the first and second autogenerators, characterized in that, in order to extend the functionality, a third piezoresonator is included in it, which is part of a multi-parameter sensitive element and included in an easily introduced third autogener Ator, frequency converter - voltage, fourth oscillator, additional phase -. a second detector, an additional low-pass filter, and a third and fourth amplifiers, while the output of the second oscillator is connected via a frequency converter - voltage to the first control input of the third oscillator loaded on the first input of the additional phase detector, the second input connected with the output of the fourth oscillator connected by the first control input to the output of the low-pass filter, the output of the additional phase detector is connected via an additional low-pass filter to the input meters of the third and fourth amplifiers associated with the second control inputs of the third and fourth oscillators. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 558189, cl. G O1 U 9/08, 1975. 2. Patent of Great Britain No. 1483456, cl. G 1 G (G01 L, 1/16), 1977. 3. The author's certificate of the USSR in application no. 2886749, cl. G 01 L 1/16, 1980.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Дифференциальный пьезоэлектрический 45 преобразователь, содержащий - многопараме тровый чувствительный элемент с двумя пьезорезонаторами, выполненными на одной пьезокварцевой пластине и подключенными к двум автогенераторам, которые своими выходами нагружены на входы фа—, эового детектора, связанного через фильтр нижних частот с входами первого и второго усилителей, соединённых своими выходами с управляющими входами первого и второго автогенераторов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены третий пьезорезонатор, входящий в состав многопараметрового чувствительного элемента и включенный в дополнительно введенный третий автогенератор, преобразователь частота - напряжение, четвертый автогенератор, дополнительный фазовый детектор, дополнительный фильтр нижних частот, а также третий и четвертый усилители, при этом выход второго автогенератора связан через преобразователь частота — напряжение с первым управляющим входом третьего автогенератора, нагруженного на первый вход дополнительного фазового детектора, второй вход которого связан с выходом четвертого автогенератора, подключенного первым управляющим входом к выходу фильтра нижних частот, выход дополнительного фазового детектора через дополнительный фильтр нижних частот подключен к входам третьего и четвертого усилителей , связанных с вторыми управляющими входами третьего и четвертого автогенераторов.A differential piezoelectric 45 transducer, comprising a multi-parameter sensitive element with two piezoresonators made on one piezoelectric quartz plate and connected to two oscillators, which, with their outputs, are loaded on the inputs of the pha, ee detector connected through the low-pass filter to the inputs of the first and second amplifiers, connected by their outputs to the control inputs of the first and second oscillators, characterized in that, in order to expand the functionality, enter s the third piezoresonator, which is part of the multi-parameter sensitive element and included in the additionally introduced third oscillator, frequency-voltage converter, fourth oscillator, additional phase detector, additional low-pass filter, as well as the third and fourth amplifiers, while the output of the second oscillator is connected via a converter frequency - voltage with the first control input of the third oscillator loaded on the first input of the additional phase detector, the second input for which it is connected with the output of the fourth oscillator connected to the output of the low-pass filter by the first control input, the output of the additional phase detector through an additional low-pass filter is connected to the inputs of the third and fourth amplifiers connected to the second control inputs of the third and fourth oscillators.
SU813303600A 1981-06-18 1981-06-18 Differential piezoelectric converter SU979902A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813303600A SU979902A1 (en) 1981-06-18 1981-06-18 Differential piezoelectric converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813303600A SU979902A1 (en) 1981-06-18 1981-06-18 Differential piezoelectric converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU979902A1 true SU979902A1 (en) 1982-12-07

Family

ID=20963926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813303600A SU979902A1 (en) 1981-06-18 1981-06-18 Differential piezoelectric converter

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU979902A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3238789A (en) Vibrating bar transducer
US4479385A (en) Double resonator cantilever accelerometer
EP0060185B1 (en) Vibrating beam rotation sensor
US4939935A (en) Pendular non-servoed tuning beam accelerometer
US5020370A (en) Vibrating beam force-frequency transducer and pendulous accelerator comprising application thereof
GB2209221A (en) A demodulator circuit for an interferometer type of hydrophone
US3505866A (en) Single tine digital force transducer
US4587853A (en) Vibration type force detector
US3940636A (en) Acoustic delay surface wave motion transducer systems with enhanced stability
US3269192A (en) Tuning fork digital accelerometer
US4199990A (en) Elastic surface wave accelerometer
US3440888A (en) Bifurcate resonance column
GB2117115A (en) Surface acoustic wave accelerometer
US4621530A (en) Surface acoustic wave accelerometer
SU979902A1 (en) Differential piezoelectric converter
Helsel et al. A navigation grade micro-machined silicon accelerometer
US3541866A (en) Vibrating string accelerometers
CN110095633B (en) Micro-resonance accelerometer with on-chip temperature control function and micro-resonance device
RU2115933C1 (en) Fibre-optical accelerometer
Serra Technical report on the quartz resonator digital accelerometer
US3101001A (en) Digital force transducer
SU851130A1 (en) Differential piezoelectric transducer
SU871076A1 (en) Acceleration pickup with frequency output
SU979903A1 (en) Differential piezoelectric converter
SU1307246A1 (en) Device for simultaneous measuring of temperature and pressure in local volume of instrument field