Датчик силы — SU 917007 (original) (raw)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 250180 (21) 2974074/18-10 (1 М, Кп,з с присоединением заявки М 6 01 Ь 1/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 300382(54) ДАтчик сИлы Изобретение относится к измери-: тельной технике и может быть использовано для измерения усилия в маши-. ностроении. Известен датчик силы, в котором изменение времени запаздывания поверхносных акустических волн под действием измеряемой величины преобразуется в частоту. Датчик содержит консольно закрепленную пьезопластину, к свободному концу которой прикладывается перпендикулярно плоскости пластины измеряемая сила. На поверхность пьезопластины нанесены преобразователи поверхностных акустических волн, образуя линию задержки, Один из преобразователей является воэбуждающим и подключен к выходу усилителя, а другой приемный соеди-. нен с входом усилителя. Линия за- . держки включена в цепь положительной обратной связи усилителя.и является частотозадающим элементом ав" тогенератора. Под действием измеряемой силы происходит деФормация звукопровода линии задержки при этом изменяется время запаздывания по-, верхносных акустических волй и частот на выходе автогенератора 11). Однако уменьшение погрешностиизмерения ограничено неидентичностью параметров усилителей в рабочем диапазона температур датчика,а разнесение чувствительного элемента и усилителей на расстояние значительно усложняется, так как требует увеличения числа соединительных 1 ОНаиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсядатчик силы, чувствительный элементкоторого выполнен в виде резонаторана поверхностных акустических вол нах. чувствительный элемент датчикасостоит из пьезопластинки прямоу-гольной Формы, закрепленной с двухсторон. На одной Поверхности пьезопластины вдоль длинных сторон разме О щены встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустическихволн и отражающие электроды. Преобразователь подключен к входу и выходу усилителя. Дестабилизирующее 25 влияние температуры в данном датчике на чувствительный элемент можетбыть снижено только за счет использования в качестве звукопроводаматериалов, имеющих стабильные тем пературные характеристики времевизадержки. Однако известные срезыпьеэоматериалов не обладают стабильныья температуриыми характеристиками в широком диапазоне температур.Поэтому, наряду с использованиемтемпературностабильных материаловчувствительноГо элемента в датчиксилы на поверхностных акустическихволнах резонаторного типа, дальнейшее снижение дестабилизирующего вли" яния температуры обеспечиваютсяструктурными методами термокомпенсации.Цель изобретения - повышение точности эа счет снижения дестабиЛиэирующего влияния температуры. 15Указанная цель достигается тем, что в датчике, содержащем пьеэопластину с размещенными на ней пьезореэонатором, состоящим из преобразователя поверхностных акустических волн 2 р .и отражающих электродов, преобразователь поверхностных акустичеоких волн выполнен в виде двух прямоугольных спиралей, а пьезопластина консольно закреплена и имеет цилиндрические закругления ребер вдоль длинных сторон, а расстояние между витками спиралей выбрано из соотноше К 1 ния вдоль пьезопластины Ь 1ЗО а поперек пьезопластины ййа2 Ч-где Ч, и у - заданные скорости распространения поверхностных акустйческих волн соответственно вдоль и поперек пьезопластины Е и Г резонансные частоты преобразователя соответственно вдаль и поперек пьезопластиныНа чертеже представлен датчик силы. 40Датчик состоит из пьезопластины 1, преобразователей поверхностных акус.тических волн 2, отражающих электродов 3, усилителя 4,корпуса датчика 5.45Преобразователь 2 представляет собой две прямоугольные спирали, совмещенные таким образом, что расстояние между соседними витками спиралей Равно пбловине длины волны, возбуждаемой в соответствующем направлении распространения. Расстояйие от центра преобразователя 2 поверхностных акустических волн вдоль пьеэопластины до геометрического центра отражающих электродов 3 кратно целому числу длин полуволнф где- длина волны соответствующая резонансной частоте Г преобразователя 2. Длина пути распространяется поверхностной акустической волны поперек пьезопластины также кратна целому числу длин полуволн Л2где 32 - длина волны, соответствующая резонансной частоте пре обраэователя: Преобразователь поверхностных акустических волн и отражающие электроды выполнены на однойиз двух полированных поверхностейпьезопластины, например методом фотолитографии. На пьезопластине вдольдлинных сторон выполнены цилиндрические закругления, которые такжеподвергнуты полировке, Пьеэопластина крепится консольно в корпусе 5,к выходам преобразователя подключенусилитель 4,Датчик работает следующим образом.В кахщом направлении распространения вдоль и поперек пьезопластинывозбуждаются стоячие поверхностныеволны, В продольном направлениипьеэопластины в формировании стоячейволны участвуют отражающие электроды. Впоперечном направлении стоячая волна образуется в результате интерфереиции, воэбуждаемой преобразователем волны при ее циркуляции черезсоответствующие закругления и противоположную поверхность пьезопластины,При Подключении к преобразователюусилителя в автогенераторе устанавливается двухчастотный режим автоколебаний,. при нагружении пьезопластинычастота й 1 продольного резона,тора изменяет я в результате механических напряжений, возникающих взвукопроводе.Изменение резонансной частоты оттемпературы продольного 1 и фпоперечного" резонаторов зависит отсреза пьезопластины и ориентации ортогональных направлений распространения поверхностных акустическихволн относительно кристаллографнческих осей. Для пьеэопластины иэниобата лития фУф среза и направления распространения поверхностныхволн для продольногоф резонаторавдоль оси Е, а фпоперечногоф вдольоси Х иэмэнения резонансных частотот температуры, имеют одинаковыйзнак и отличаются на величину не более 10, а в случае использованияизотропных Пластинок звукопроводаравны.Резонансная частота сигналов свыхода автогенератора, которую можно выделить, подключив фильтр нижних частот к выходу усилителя, определяется разностью частот резонатора вдоль и поперек пьеэопластины,поэтому дестабилизирующее влияниетемпературы ослабляется не менеечем на порядок и за счет этого повышается точность измерений, при этомчувствительный элемент да;чика можетподключаться к усилителю с помощьюодного кабеля.Для независимого возбуждения двухмод колебаний используется один активный элемент, при этом он одновременно выполняет функции смесителя.917007 Формула изобретения оставитель А. СеверинехрЕД Ъ. Бабинец Корректор у; Пономаренк ЧМке 0 . Ъюраж 883ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений 3035, Москва,Ж, Раушс Заказ 1875 Подписнокомитета СССРоткрытийя наб., д, 4/5 Фв е юе а 3в юю аатент , г, Ужгород, ул. Проектная, 4 иал П 1. Датчик силы, содержащий пьезоиластину с размещенными иа ией резс- натором, состоящим из преобразователя поверхностных волы и отражающих , электродов, о т л и ч а ю щ и й с а тем, что, с целью повжаения точностй преобразователь аоверхностиих акустических вояы выполнен в виде двух прямоугоиьних спиралей, а ньевопластина консольио закремена к имеет цилиндрические закругления ребер вдоль длинных сторон.2. Датчик по .н. 1 у о т л и ч и В- ,ц и й с я тем, что расстояние межщу витками спиралей выбрано из соотно,вения вдоль ньеэопластини Ь у вЬ. а поперек пьеэопластины Ь = -фгч, гдеи Чскорости распространения поверхност 1.ыхакустических волн соответственно вдбль ипоперек пьезопластины 1и х - резонансные частоты.йпреобразователя соответственно вдоль и поперекпьеэопластины 0 Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе 11. Патент С 6 И 9 3878477, кл. 331"40, 1974,2. Патент ФРГ 9 2754 бб 9,кл. 0 01 Ь 1/16, 1978 (прототип) .