SU983474A1 - Piezoelectric frequency pickup of pressure - Google Patents

Piezoelectric frequency pickup of pressure Download PDF

Info

Publication number
SU983474A1
SU983474A1 SU813312818A SU3312818A SU983474A1 SU 983474 A1 SU983474 A1 SU 983474A1 SU 813312818 A SU813312818 A SU 813312818A SU 3312818 A SU3312818 A SU 3312818A SU 983474 A1 SU983474 A1 SU 983474A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
frequency
output
mixer
additional
piezoresonators
Prior art date
Application number
SU813312818A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Яковлевич Баржин
Анатолий Сергеевич Василенко
Александр Алексеевич Зеленский
Евгений Сергеевич Колесник
Дмитрий Павлович Масленников
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 SU813312818A priority Critical patent/SU983474A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU983474A1 publication Critical patent/SU983474A1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в различных областях науки и техники.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure pressure in various fields of science and technology.

Известны пьезоэлектрические частотные датчики давления £1].Piezoelectric frequency pressure sensors £ 1] are known.

Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический частотный датчик давления, содержащий автогенераторы с пьезорезонаторами и смесителями частоты. Для повышения чувствительности в известном датчике применены умножители частоты £ 2J.Closest to the invention is a piezoelectric frequency pressure sensor containing oscillators with piezoresonators and frequency mixers. To increase the sensitivity in the known sensor applied frequency multipliers £ 2J.

Недостатком известного датчика является снижение точности измерений иэ*за увеличения фазовых флуктуаций выходного информационного колебания в умножителях частоты.A disadvantage of the known sensor is a decrease in the accuracy of measurements of IE * due to an increase in phase fluctuations in the output information oscillation in frequency multipliers.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений за счет образования дополнительного контура самовозбуждения.The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measurements due to the formation of an additional circuit of self-excitation.

Цель достигается тем, что в пьезоэлектрический частотный датчик давления введены буферный и широкополосный усилители, а в пьезоэлементы обоих пьезорезонаторов - по одному дополнительному электроду, каждый из которых через нагрузочный резистор подключен к общей шине датчика, при этом второй пьеэорезонатор своими основными электродами подключен к выходу буферного усилителя, вход которого соединен с автогенератором, широкополосный усилитель включен между выходом первого смесителя и входом второго смесителя, выход которого соединен с входом первого смесителя, а вторые входа первого,и второго смесителей подключены к допол нительным электродам соответственно второго и первого пьеэорезонаторов, причем выход широкополосного усилителя подключен к измерителю частоты.The goal is achieved by the fact that buffer and broadband amplifiers are introduced into the piezoelectric frequency pressure sensor, and one additional electrode into the piezoelectric elements of both piezoresonators, each of which is connected to the sensor common bus through the load resistor, while the second piezoelectric resonator is connected to the buffer output by its main electrodes amplifier, the input of which is connected to the oscillator, a broadband amplifier is connected between the output of the first mixer and the input of the second mixer, the output of which is connected to Odom first mixer and the second input of the first and second mixers connected to the ad ditional electrodes respectively the second and first peeorezonatorov, wherein the wideband amplifier output is connected to the measuring frequency.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства,· на фиг. 2 - конструкция применяемых в датчике пьезорезонаторов.In FIG. 1 presents a functional diagram of the proposed device, · in FIG. 2 - design of the piezoresonators used in the sensor.

Устройство содержит автогенератор 1, буферный усилитель 2, два пьезорезонатора 3 и 3* с линзовыми пьезоэлементами 4 и 4 с двумя основными 5, 6 и 5', б' и дополнительными 7 и 7* электродами. Между дополнительными электродами 7 и 7 * и общей.шиной датчика подключены резисторы нагрузки 8 и 8ί Дополнительные электрода 7 и 7' подключены к вторым входам однополосных балансных смесителей 9 и 10, включенных последовательно. Между выходом однополосного балансного смесителя 10 и входом однополосного балансного смесителя 9 включен широкополосный усилитель 11, 5 к которому подключен измеритель 12 частоты. Пьеэорезонаторы 3 и 3* укреплены между корпусом и упругим элементом, соединенным с мембраной датчика, и ориентированы таким обра- 10 зом, что изменения частоты их колебаний равны по величине и имеют противоположные знаки при изменении давления в одном направлении.The device contains a self-oscillator 1, a buffer amplifier 2, two piezoresonators 3 and 3 * with lens piezoelements 4 and 4 with two main 5, 6 and 5 ', b' and additional 7 and 7 * electrodes. Between the additional electrodes 7 and 7 * and the common sensor bus, load resistors 8 and 8 are connected. The additional electrodes 7 and 7 'are connected to the second inputs of the single-band balanced mixers 9 and 10, connected in series. Between the output of the single-band balanced mixer 10 and the input of the single-band balanced mixer 9, a broadband amplifier 11, 5 is connected to which a frequency meter 12 is connected. Piezoresonators 3 and 3 * are mounted between the body and the elastic element connected to the sensor membrane and are oriented in such a way that the changes in the frequency of their oscillations are equal in magnitude and have opposite signs when the pressure changes in one direction.

Устройство работает' следующим 15 образом.The device operates as follows 15.

При номинальном' измеряемом давлении автогенератор 1 генерирует колебания частоты £о , равной частоте настройки пьезорезонаторов 3 и 3'. С 20 выхода автогенератора.1 колебания ' поступают через буферный усилитель 2 на основные электроды 5' и б ' пьезорезонатора 3 1 и возбуждают его. При этом на дополнительных электродах 25 7 и 7* пьезорезонаторов 3 и 3' возникают синфазные колебания, равные по амплитуде, которые поступают на вторые входй однополосных балансных смесителей 9 и 10. Широкополосный усилитель 11 с цепью положительной обратной связи, состоящей из последовательно включенных смесителей 9 и 10, образует замкнутый контур, в. котором существуют автоколебания частоты f, если выполняются условия 35 баланса амплитуд и фаз. На выходе сме·1 сителя 9 выделяется колебание с суммарной частотой €^= + f, а на выходе смесителя 10 - с разностной.At a nominal 'measured pressure, the oscillator 1 generates a frequency oscillation £ o equal to the tuning frequency of the piezoresonators 3 and 3'. From the 20 output of the oscillator. 1 the oscillations' pass through the buffer amplifier 2 to the main electrodes 5 'and b' of the piezoresonator 3 1 and excite it. In this case, in-phase oscillations of equal amplitude occur at the second inputs of the single-band balanced mixers 9 and 10 at the additional electrodes 25 7 and 7 * of the piezoresonators 3 and 3 '. Broadband amplifier 11 with a positive feedback circuit consisting of series-connected mixers 9 and 10, forms a closed loop, in. which there are self-oscillations of frequency f, if conditions 35 of the balance of amplitudes and phases are satisfied. At the output of mixer · 1 of mixer 9, an oscillation with a total frequency of € ^ = + f is distinguished, and at the output of mixer 10, with a difference.

При отклонении измеряемого давле- 40 ния от номинального резонансные частоты резонаторов 3 и 3/ изменяются в противоположные стороны, что приводит к отклонению начальной фазы колебания на дополнительном электроде 7f 45 пьезорезонатора 3' относительно фазы колебания на дополнительном электроде 7 пьезорезонатора 3. При этом колебание на выходе смесителя 10 будет сдвинуто по фазе относительно колеба- 5Q ния на первом входе смесителя 9. Это приводит к изменению частоты автоколебаний в контуре широкополосного усилителя 11, так как условие баланса фаз будет выполняться на другой ч^сто-^^ те, По величине отклонения частоты автоколебаний, фиксируемой измерителем 12 частоты, можно судить о величине отклонения измеряемого давления.When the measured pressure deviates from the nominal, the resonant frequencies of the resonators 3 and 3 / change in opposite directions, which leads to a deviation of the initial phase of the oscillation on the additional electrode 7 f 45 of the piezoresonator 3 'relative to the phase of the oscillation on the additional electrode 7 of the piezoresonator 3. In this case, the oscillation at the output of the mixer 10 it will be shifted in phase relative to the 5Q oscillation at the first input of the mixer 9. This leads to a change in the frequency of self-oscillations in the circuit of the broadband amplifier 11, since the balance condition h will be performed at another p ^ a hundred - ^^ those. By the magnitude of the deviation of the self-oscillation frequency recorded by the frequency meter 12, one can judge the magnitude of the deviation of the measured pressure.

Благодаря применению в предлагаемом устройстве дополнительного контура самовозбуждения, управляемого сдвигом фаз колебаний пьезорезонаторов, чувствительность и точность измерений давления может быть значительно повышена, что позволяет ожидать широкое использование изобретения в различных областях науки и техники.Due to the use in the proposed device of an additional self-excitation circuit controlled by the phase shift of the oscillations of the piezoresonators, the sensitivity and accuracy of pressure measurements can be significantly increased, which allows us to expect widespread use of the invention in various fields of science and technology.

Claims (2)

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано дл  измерени  давлени  в различных област х науки и техники. Известны пьезоэлектрические частотные датчики давлени  .1. Наиболее близким к изобретению  вл етс  пьезоэлектрический частотный датчик давлени , содержащий автогенераторы с пьезорезонаторами и смесител ми частоты. Дл  повышени  чувствительности в известном датчике применены умножители частоты 2 j| Недостатком известного датчика  вл етс  снижение точности измерени увеличени  фазовых флуктуации выходного информационного колебани  в умножител х частоты. Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и точности измерений за счет образовани  дополнительного контура самовозбуждени . Цель достигаетс  тем, что в пьезоэлектрический частотный датчик да лени  введены буферный и широкополо ный усилители, а в пьезоэлементы об их пьезорезонаторов - по одному дополнительному электроду, каждый из которых через нагрузочный резистор подключен к общей шине датчика, при этом второй пьезорезонатор своими основными электродами подключен к выходу буферного усилител , вход которого соединен с автогенератором, широкоЛолосный усилитель включен между выходом первого смесител  и входом второго смесител , выход которого соединен с входом первого смесител , а вторые входа первого ,и второго С1лесителей подключены к допол нительным электродги соответственно второго и первого пьезорезонаторов, причем выход широкополосного усилител  подключен к измерителю частоты . На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого устройства , на фиг. 2 - конструкци  примен емых в датчике пьезорезонаторов. Устройство содержит автогенератор 1, буферный усилитель 2, два пьезорезонатора 3 и 3 с линзовыми пьезоэлементами 4 и 4 с двум  основными 5, б и 5, б и дополнительными 7 и 7 электродами. Между дополнитель7 и 7 и общей.шиными электродами ной датчика подключены резисторы нагрузки 8 и 8 . Дополнительные электроды 7 и 7 подключены к вторым входам однополосных балансных смесителей 9 и 10, включенных последова тельно. Между выходом однополосного балансного смесител  10 и входом однополосного балансного смесител  9 включен широкополосный усилитель 11, к которому подключен измеритель 12 частоты. Пьеэорезонаторы 3 и З укреплены между корпусом и упругим элементом, соединенным с мембраной датчика, и ориентированы таким образом , что изменени  частоты их колеба ний равны по величине и имеют прети воположные знаки при изменении давлени  в одном направлении. Устройство работает следующим образом. При номинальном измер емом давлении автогенератор 1 генерирует колебани  частоты р , равной частоте настройки пьезорезонаторов 3 и 3 . С выхода автогенератора.1 колебани  поступают через буферный усилитель 2 на основные электроды 5 и б пьезорезонатора 3 и возбуждают его. Пр этом на дополнительных электродах 7 и пьезорезонаторов 3 и 3 возникают синфазные колебани , равные по амплитуде, которые поступают на вторые входи однополосных балансных смесителей 9 и 10. Широкополосный усилитель 11 с цепью положительной обратной св зи, состо щей из последовательно включенных смесителей 9 и 10, образует замкнутый контур, в. котором существуют автоколебани  час тоты f, если выполн ютс  услови  баланса амплитуд и фаз. На выходе см сител  9 выдел етс  колебание с суммарной частотой f fn , а на выхо де смесител  10 - с разностной. При отклонении измер емого давлени  от номинального резонансные частоты резонаторов 3 и з измен ютс  в противоположные стороны, что приводит к отклонению начальной фазы коле бани  на дополнительном электроде 7 пьезорезонатора 3 относительно фаз колебани  на дополнительном электроде 7 пьезорезонатора 3. При этом ко лебание на выходе смесител  10 будет сдвинуто по фазе относительно колеба ни  на первом входе смесител  9. Это приводит к изменению частоты автоколебаний в контуре широкополосного ус лител  11, так как условие баланса фаз будет выполн тьс  на другой те. По величине отклонени  частоты автоколебаний, фиксируемой измерителем 12 частоты, можно судить о величине отклонени  измер емого давлени . Благодар  применению в предлагаемом устройстве дополнительного контура самовозбуждени , управл емого сдвигом фаз колебаний пьезорезонаторов , чувствительность и точность измерений давлени  может быть значительно повышена, что позвол ет ожидать широкое использование изобретени  в различных област х науки и техники. Формула изобретени  Пьезоэлектрический частотный датчик давлени , содержащий автогенератор , в частотно-задаюи п цепь которого включен первый пьезорезо;Натор , второй пьезорезонатор, два смесител  .и измеритель частоты, о тличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерени  за счетобразовани  дополнительного контура самовозбуждени , в него введены буферный и широкополосный усилители, а в пьезоэлементы обоих пьезорезонаторов - по одному дополнительному электроду, каждый из которых через нагрузочный резистор подключен к общей шине датчика , при этом второй пьезорезонатор своими основными электродами подключен к выходу буферного усилител , вход которого соединен с автогенератором , широкополосный усилитель включен между выходом первого смесител  и входом второго смесител , выход которого соединен с входом первого смесител , а вторые входы первого и второго смесителей подключены к дополнительным электродам соответственно второго и первого пьезорезонаторов , причем выход широкополосного усилител  подключен к измерителю частоты . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М., 1978, с. 171-180. The invention relates to a measurement technique and can be used to measure pressure in various fields of science and technology. Piezoelectric frequency pressure sensors are known. Closest to the invention is a piezoelectric frequency pressure sensor comprising oscillators with piezoresonators and frequency mixers. To increase the sensitivity in the known sensor used frequency multipliers 2 j | A disadvantage of the known sensor is a reduction in the measurement accuracy of the increase in phase fluctuations of the output information oscillation in frequency multipliers. The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measurements due to the formation of an additional self-excitation circuit. The goal is achieved by introducing buffer and wide-band amplifiers into a piezoelectric frequency sensor and then an additional electrode, each of which is connected to a common sensor bus through a load resistor, while the second piezoresonator is connected with its main electrodes to the output of the buffer amplifier, the input of which is connected to the oscillator, wide-band amplifier is connected between the output of the first mixer and the input of the second mixer, the output of which is connected to the first mixer and the second S1 switches are connected to an additional electrodigy of the second and first piezoresonators, respectively, with the output of the broadband amplifier connected to a frequency meter. FIG. 1 is a functional diagram of the proposed device; FIG. 2 - design of piezoresonators used in the sensor. The device contains an auto-oscillator 1, a buffer amplifier 2, two piezoresonators 3 and 3 with lens piezo elements 4 and 4 with two main 5, b and 5, b and additional 7 and 7 electrodes. Load resistors 8 and 8 are connected between additional 7 and 7 and common electrode electrodes of the sensor. Additional electrodes 7 and 7 are connected to the second inputs of single-side balanced mixers 9 and 10, connected in series. A broadband amplifier 11 is connected between the output of the single-band balanced mixer 10 and the input of the single-band balanced mixer 9, to which the frequency meter 12 is connected. The piezoelectric resonators 3 and 3 are reinforced between the body and the elastic element connected to the sensor membrane, and are oriented in such a way that changes in the frequency of their oscillations are equal in size and have opposite signs when the pressure changes in one direction. The device works as follows. At the nominal pressure measured, the autogenerator 1 generates oscillations of the frequency p equal to the frequency of adjustment of the piezoresonators 3 and 3. From the output of the auto-oscillator. 1, the oscillations enter through the buffer amplifier 2 to the main electrodes 5 and b of the piezoresonator 3 and excite it. On this, additional electrodes 7 and piezoresonators 3 and 3 produce in-phase oscillations equal in amplitude to the second inputs of single-band balanced mixers 9 and 10. A wideband amplifier 11 with a positive feedback circuit consisting of series-connected mixers 9 and 10 , forms a closed loop, in. where there are self-oscillations of frequency f, if the conditions of the amplitude and phase balance are satisfied. At the output, cm of the stirrer 9, an oscillation with a total frequency f fn is distinguished, and at the output of the mixer 10, with a difference one. When the measured pressure deviates from the nominal resonant frequency of the resonators 3 and 3, they change in opposite directions, which leads to a deviation of the initial phase of the bath wheel on the additional electrode 7 of the piezoresonator 3 relative to the oscillation phases on the additional electrode 7 of the piezoresonator 3. At the same time, the oscillation at the mixer output 10 will be shifted in phase relative to the oscillation at the first input of the mixer 9. This leads to a change in the frequency of self-oscillations in the contour of the wideband amplifier 11, since the phase balance condition will be performed on other ones. The deviation of the frequency of self-oscillations recorded by the frequency meter 12 makes it possible to judge the magnitude of the deviation of the measured pressure. Due to the use in the proposed device of an additional self-excitation circuit controlled by the phase shift of the oscillations of the piezoresonators, the sensitivity and accuracy of pressure measurements can be significantly increased, which allows us to expect widespread use of the invention in various fields of science and technology. The Piezoelectric Frequency Pressure Sensor, comprising an oscillator, in the frequency-setting and circuit of which the first piezoresis is included; Nator, second piezoresonator, two mixers. self-excitation, buffer and broadband amplifiers are introduced into it, and in the piezoelectric elements of both piezoresonators - one additional electrode, each of which through a load resistor Connected to the common sensor bus, while the second piezoresonator with its main electrodes is connected to the output of the buffer amplifier, the input of which is connected to the oscillator, the broadband amplifier is connected between the output of the first mixer and the input of the second mixer, the output of which is connected to the input of the first mixer, and the second inputs of the first and the second mixers are connected to additional electrodes, respectively, of the second and first piezoresonators, and the output of the broadband amplifier is connected to a frequency meter. Sources of information taken into account in the examination 1.V Malov. Piezoresonance sensors. M., 1978, p. 171-180. 2.Авторское свидетельство СССР № 741078, кл. G 01 L 9/08, 1978 прототип . .2. USSR author's certificate number 741078, cl. G 01 L 9/08, 1978 prototype. .
SU813312818A 1981-07-07 1981-07-07 Piezoelectric frequency pickup of pressure SU983474A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813312818A SU983474A1 (en) 1981-07-07 1981-07-07 Piezoelectric frequency pickup of pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813312818A SU983474A1 (en) 1981-07-07 1981-07-07 Piezoelectric frequency pickup of pressure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU983474A1 true SU983474A1 (en) 1982-12-23

Family

ID=20967417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813312818A SU983474A1 (en) 1981-07-07 1981-07-07 Piezoelectric frequency pickup of pressure

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU983474A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10295507B2 (en) Method and device for multiple-frequency tracking of oscillating systems
JPS5829645B2 (en) Onpahatsushinki
JPS5829644B2 (en) Onpahatsushinki
JPS62228126A (en) Gas pressure gauge
SU983474A1 (en) Piezoelectric frequency pickup of pressure
JPS62190905A (en) Surface acoustic wave device
JPH07139952A (en) Vibration gyroscope
SU1435968A1 (en) Pressure transducer
SU1091042A2 (en) Piezoelectric frequency pickup of pressure
SU979903A1 (en) Differential piezoelectric converter
JPH0914969A (en) Vibrator driving device
SU766667A1 (en) Device for exciting ulstrasonic oscillations
SU1170298A1 (en) Pressure transducer
RU2724795C1 (en) Excitation circuit of frequency sensor
JPS60192206A (en) Vibration type angular velocity meter
SU775637A1 (en) Temperature measuring device
US3349628A (en) Stable reference apparatus
SU1186976A1 (en) Pressure transducer
SU1232964A1 (en) Differential piezoelectric transducer
SU624114A1 (en) Fluid-jet differential sensor
SU625164A1 (en) Vibration-type angular speed sensor
SU513266A1 (en) Device for measuring the resonant frequency of objects
JPS5916221B2 (en) Resonant circuit of piezoelectric vibrator
JPS6122340Y2 (en)
SU1161828A1 (en) Device for determining unbalance of branches of quartz crystal vibrator tuning fork