Датчик перемещений

Датчик перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высокочастотных устройствах регистрации перемещений. Цель изобретения - увеличение диапазона регистрируемых перемещений и точности измерений. Это достигается за счет применения новой схемы соединения четырех попарно идентичных преобразователей поверхностно-активных волн со смесителем и дополнительным усилителем. Датчик позволяет плавно измерять перемещения в широком диапазоне. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP} (2 г) 486450/28 (22) 05,09.90 (46) 30.03,93, Бюл. М 12 (71) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики Ростовского государственного университета (72) В.Д.Кац, А.Н.Рыбянец и В.H.Áàíêoa (56) Малов B.Â. Пьезоэлектрические датчики. M.: Энергоатомиздат, 1989, с. 253-255.

Авторское свидетельство СССР

М 1317278, кл. G 01 В 17/00, 1986. .(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться в высокоточных устройствах регистрации перемещений.

Цель изобретения — увеличение диапазона регистрируемых перемещений и повышение точности измерений, На чертеже показана структурная схема датчика перемещений, Он содержит первую 1 и вторую 2 пьезоэлектрические подложки. Вторая пьезоэлектрическая подложка — 2 жестко закреплена на направляющем элементе (на чертеже не показан), Пьезоэлектрические подложки 1 и 2 размещены одна относительно другой параллельно с зазором между их рабочими гранями с возможностью перемещения второй пьезоэлектрической подложки 2 относительно первой 1 в плоскости, параллельной их рабочим граням, (вдоль направляющего элемента).,, Ы„, 1805290 А1 ь (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высокочастотных устройствах регистрации перемещений. Цель изобретения — увеличение диапазона регистрируемых перемещений и точности измерений. Это достигается за счет применения новой схемы соединения четырех попарно идентичных преобразователей поверхностно-активных волн со смесителем и дополнительным усилителем, Датчик позволяет плавно измерять перемещения в широком диапазоне. 1 ил.

При этом продольные оси первой 1 и второй

2 пьезоэлектрических подложек (оси, вдоль которых распространяются ПАВ) взаимопараллельны.

На рабочих гранях пьезоподложек 1 и 2 расположены первый 3 и второй 4 преобра- О© зователи ПАВ соответственно. На рабо= чих гранях пьеэоподложек 1 и 2 (Л соответственно расположены также тре- М тий преобразователь ПАВ (5) идентичный К) первому преобразователю ПАВ (3) и чет- С) вертый преобразователь ПАВ 6, идентичный второму преобразователю ПАВ 4.

Третий 5 и четвертый 6 преобразователи

ПАВ расположены симметрично первому 3 и второму 4 преобразователям ПАВ соответственно относительно продольной оси первой пьезоподложки. Преобразователи ПАВ (3, 4, 5, 6) могут быть выполнены, например, в виде встречно-штыревых пленочных структур. Один из выходов каждого преоб-. разователя ПАВ (3, 4, 5, 6) соединен с общей

1805290 шиной (на чертеже не показана). Датчик содержит также основной 7 и дополнительный 8 усилители и смеситель 9, Потенциальный вывод первого преобразователя ПАВ 3 .соединен с входом основного усилителя 7.

Потенциальный вывод второго преобразователя ПАВ 4 соединен с выходом основного усилителя 7. Потенциальный вывод третьего преобразователя ПАВ 5 соединен с входом дополнительного усилителя 8.

Потенциальный вывод четвертого преобразователя ПАВ 6 соединен с выходом дополнительного усилителя 8. Выходы обоих усилителей 7; 8 соединены с соответствующими входами смесителя 9, выход которого соединен с потенциальной выходной клеммой датчика перемещения 10. Угол между продольной осью а-а направляющего элемента, т,е. между направлением перемещения второй пьезоподложки 2 и продольной осью первой пьезоэлектрической подложки

1 выбирается из условия:

Пьезоэлектрические подложки могут быть выполнены из любого пьезоэлектрического материала, например, ниобата лития, пьезокерамики и др. Направляющий элемент может быть выполнен, например, в виде профильной диэлектрической или металлической полоски, перемещаемой в пазу плоского основания. Усилители 7, 8 могут быть выполнены, например, в гибриднопленочном или твердотельном исполнении, Датчик перемещения работает следующим образом. При включении питающего напряжения возбуждаются два

ПАВ-генератора. Первый состоит из акустической линии задержки на основе первого преобразователя ПАВ (3), второго преобразователя ПАВ (4) и основного усилителя 7. Второй ПАВ-генератор состоит из акустической линии задержки на основе третьего преобразователя ПАВ (5), четвертого преобразователя ПАВ (6) и дополнительного усилителя 8; В начальном положении (что соответствует рисунку) частоты обоих ПАВ-генераторов равны 4>, угол

Р отличен от л /2; при перемещении пьезоэлектрической подложки 2 вдоль направляющей на расстояние Л1 преобразователи

ПАВ (4 и 5) получат вертикальное смещение (вдоль апертур) h Lsln P и горизонтальное смещение (вдоль линии в-в ) + Л Leos P и - h,Leos Pсоответственно, где Л вЂ” величина перемещения второй пьезоэлектрической подложки относительно первой вдоль продольной оси направляющего элемента.

Изменение фазы в петлеобразной связи каждого ПАВ-генератора определяется

TollbKo горизонтальным смещением, а при агссо$ <:)3 < при этом 0 < ALsin P< W.

В датчике при смещении второй подложки 2 относительно первой 1 смещение в горизонтальном направлении для двух акустических каналов имеет разные знаки, а именно Л сов Р, а.поскольку регистрируемой величиной является разность приращения частоты в двух ПАВ-генераторах, то чувствительность датчика удваивается. Так, если для первого ПАВ-генератора

Лf< =+ cosP f>, hL

4О где Lo — начальное расстояние между центрами преобразователей, для второго ПАВгенератора

h,L

Л1 =- — cosP fî.

4) Приращение частоты на выходе смеси50

Л = Л - Л, = г — — - - - - ..

По приращению частоты определяют измеряемое перемещение.

Формула изобретения

Датчик перемещений, содержащий первую и -предназначенную для взаимодействия с объектом вторую пьезоэлектрические одномодовом режиме монотонное изменение частоты (без скачка на следующую моду) происходит при смещении в горизонтальном направлении до величины )„/2. g— длина ПАВ. При этом смещение вдоль оси направляющего элемента (рабочее, полезное смещение) определяется из выражения

ЛLcosP< /2, т.е. ЛL< 5/2созф

Очевидно, генерация происходит лишь

"0 при перекрытии апертур преобразователей

ПАВ каждой из акустических линий задержки. Это условие налагает ограничение на величину перемещения

h,Lsin P< W, "5 где W — величина апертуры преобразователей (м), Из приведенных выше условий и геометрических построений видно, что для обеспечения измерения максимального пе20 ремещения при условии монотонного изменения частоты угол /Здолжен выбираться из условия

1805290

Составитель О. Антонов

Редактор Л. Народная Техред M. Моргентал . Корректор М. Шароши

Заказ 934 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 пластины, размещенные одна параллель- но другой с зазором между их рабочими гранями, установленные соответственно на рабочих гранях первой и второй пьезоэлектрических пластин; первый и второй пре- 5 образователи поверхностно-активных волн (ПАВ), первый усилитель, вход которого соединен с первым преобразователем ПАВ,,а выход — с вторым, третий преобразователь ПАВ, установленный на рабочей гра- 10 ни второй пьезоэлектрической пластины, и четвертый преобразователь ПАВ, установленный на первой пьезоэлектрической пластине, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона регистрируемых пе- 15 ремещений и повышения точности измерений, датчик снабжен смесителем направляющей, продольная ось которой составляет острый угол с продольной осью первой пьезоэлектрической пластины, вторая пьезоэлектрическая пластина установлена на направляющей с возможностью перемещения вдоль Ое продольной оси, третий. преобразователь ПАВ идентичен первому и соединен с входом второго усилителя, четвертый преобразователь

ПАВ идентичен второму и соединен с выходом второго усилителя, а выходы первого и второго усилителей соединены со смесителем.