Датчик давления

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред. Цель изобретения - повышение точности измерений путем уменьшения температурной погрешности . Сущность изобретения: датчик содержит мембрану 5, резонатор 6, источники излучения 8 и 9, модулятор 10, приемник излучения 11, фильтр 13, разветвители 14 и 15, пять световодов 16-20 и компенсирующую полупроводниковую пластину 7. В датчике давления осуществляется регулирование величины светового потока, падающего на механический резонатор 6, в зависимости от температуры окружающей среды. Положительный эффект: повышение точности измерений. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 1 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4910666/10 (22) 13,02.91 (46) 23.02.93, Бюл, М 7 (71) Опытно-конструкторское бюро микроэлектроники и информационно-измерительной техники при Башкирском государственном университете им.40-летия Октября (72) Б.Г,Горшков, А.M,Êósíeöoa, Р,А,Тухватуллин и О.B.ßêîâëåâ (56) Волоконная оптика и приборостроение,—

Под ред.M.М.Бутусова. Л,; 1987, с,95, рис.3.8.

Jones R.E., Naden l.M., Neat R.Ñ. 0ptlcal—

fibre sensors using micromachined silicon

resonant elements. — Proc. IEE. Control

ТЬеогу and Applications. 1988, vol. 135, N 5, рр.353 — 358, В9, 1, Г!9. 2, В9, 11, (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

„„5U„„1796938 А1 (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред, Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения температурной погрешности. Сущность изобретения: датчик содержит мембрану 5, резонатор 6, источники излучения 8 и 9, модулятор 10, приемник излучения 11, фильтр 13, разветвители 14 и

15, пять световодов 16-20 и компенсирующую полупроводниковую пластину 7. В датчике давления осуществляется регулирование величины светового потока, падающего на механический резонатор 6, в зависимости от температуры окружающей среды, Положительный эффект: повышение точности измерений. 1 ил.

1796938

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред.

Известен датчик давления, содержащий источник и приемник излучения, мембрану с отражающей поверхностью, оптический разветвитель, входной и выходной световоды и блок обработки сигналов, Наиболее близким к изобретению является датчик давления, содержащий монокристаллическую кремниевую мембрану, механический резонатор, размещенный.на мембране, первый и второй источники излучения с различными длинами волн излучения, модулятор и приемник излучения, соединенные, соответственно, с первым источником излучения и блоком обработки сигналов, фильтр, непрозрачный для излучения первого источника излучения, два разветвителя и пять световодов, причем механический резонатор через первый световод, первый разветвитель и второй световод оптически связан с первым источником излучения, через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель и четвертый световод оптически связан со вторым источником излучения, а через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель, пятый световод и фильтр оптически связан с приемником излучения, Известный датчик характеризуется невысокой точностью преобразования в связи с зависимостью его выходного сигнала от температуры окружающей среды.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения температурной погрешности.

Цель достигается тем, что датчик давления содержит дополнительно прозрачную для излучений обоих источников излучения компенсирующую полупроводниковую пластину, выполненную, например, иэ арсенида галлия и установленную между механическим резонатором и торцом первого световода, Технический эффект заключается в регулировании величины светового потока, падающего на механический резонатор, в зависимости от температуры окружающей среды.

Изобретение поясняется чертежом.

Датчик давления содержит основание 1 со штуцером 2, кожух 3 со штуцером 4, монокристаллическую кремниевую пластину, профилированную в виде мембраны 5 и имеющую плоскость кристаллографической ориентации (100), механический резонатор

6 в виде жесткозаделанной с обоих концов прямоугольной пластины, выполненной ме5

20 тодом анизотропного травления монокристаллического кремния. компенсирующую пластину 7, выполненную, например, иэ арсенида галлия, первый 8 и второй 9 источники излучения с различными длинами волн излучения, модулятор 10 и приемник 11 излучения, соединенные, соответственно, с первым источником 8 излучения и блоком 12 обработки сигналов, оптический фильтр 13, непрозрачный для излучения первого источника 8, первый 14 и второй 15 оптические разветвители, первый 16, второй 17, третий

18, четвертый 19 и пятый 20 оптические световоды и микролинзы 21 — 23. Основание 1 с кожухом 3 образуют полость, в которой размещены мембрана 5 с механическим резонатором 6 и компенсирующая подупроводниковая пластина 7. Через штуцер 2 к мембране 5 подводится измеряемая среда, Полость под кожухом 3 вакуумирована через штуцер 4, который после откачки воздуха эапаивается, Компенсирующая полупроводниковая пластина 7 расположена между механическим резонатором 6 и торцом первого световода 16, введенного в полость под кожухом 3 через герморазьем 24, Механический резонатор 6 через пластину

7, первый световод 16, первый разветвитель

14, второй световод 17 и микролинзу 21 оптически связан с первым источником 8 излучения, через пластину 7, первый световод

16, первый разветвитель 14, третий световод 18, второй разветвитель 15, четвертый световод 19 и микролинэу 22 оптически свя35 эан со вторым источником 9 излучения, а через пластину 7, первый световод 16, первый разветвитель 14, третий световод 18, второй разветвитель 15, пятый световод 20. фильтр 13 и микролинзу 23 оптически свя40 эан с приемником 11 излучения, Толщина пластины 7 иэ арсенида галлия может составлять несколько десятков микрометров.

Длина волны первого источника 8 излучения выбирается с учетом спектральной характеристики пластины 7. Длина волны второго источника 9 излучения выбирается с учетом наименьших потерь для данной длины волны в материале пластины 7, оптическом фильтре 13 и приемнике 11 излучения, Фильтр 13 является эаграждающим для излучения первого источника 8 и прозрачным для излучения второго источника 9, Датчик давления работает следующим образом, Модулированное по интенсивности излучение первого источника 8 падает на поверхность механического резонатора 6, При поглощении излучения в теле резонатора выделяется теплота и создается нестационарное температурное поле, Возникающие

1796938 лучения, через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель и четвертый световод оптически связан с вторым источником излучения, а

Формула изобретения через первый световод, первый разветвитель, третий световод, второй разветвитель, пятый световод и фильтр оптически связан с приемником излучения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения температурной погрешности, он содержит дополнительно прозрачную для излучений обоих источников излучения компенсирующую полупроводниковую пластину, выполненную, например, из арсенида галлия и установленную между механическим резонатором и торцом nepeom световода.

Составитель И. Сумцов

Техред М,Моргентал Корректор С. Шекмар

Редактор T. Шагова

Заказ 645 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 при этом термоупругие напряжения создают в теле резонатора 6 температурный изгибающий момент, что вызывает колебания механического резонатора 6, Если частота модуляции излучения первого ис- 5 точника 8 не равна собственной частоте колебаний резонатора 6, амплитуда его колебаний очень мала. При равенстве упомянутых частот, наблюдается явление резонанса и амплитуда колебаний возрастает, 10 соответственно значению добротности резонатора. На поверхность резонатора 6 падает также немодулированное излучение от второго источника 9. Мощность излучения источника 9 выбирается меньшей, чем ис- 15 точника 8. Часть отраженного от поверхности колеблющегося механического резонатора 6 излучения с длиной волны второго источника 9, модулированного по интенсивности резонатором 6, возвращается 20 в торец световода 16 и, через разветвитель

14, световод 18, разветвитель 15, световод

20, фильтр 13 и микролинзу 23 поступает на

Датчик давления, содержащий монокристаллическую кремниевую пластину, профилированную в виде мембраны, механический резонатор, размещенный на мембране, первый и второй источники излучения с различными длинами волн излучения, модулятор и приемник излучения, соединенные соответственно с первым источником излучения и блоком обработки сигналов, фильтр, непрозрачный для излучения первого источника излучения, два разветвителя и пять световодов, причем механический резонатор через первый световод, первый разветвитель и второй световод оптически связан с первым источником изприемник излучения 11. Сигнал с фотоприемника 11 поступает на блок обработки сигналов 12 (спектроаналиэатор).

С изменением температуры окружающей среды, например, при ее увеличении, уменьшается коэффициент светопропускания компенсирующей полупроводниковой пластины 7, что приводит к уменьшению подводимой к резонатору 6 мощности возбуждающего излучения источника 8, что приводит к уменьшению температуры тела резонатора 6, таким образом, компенсируется или значительно уменьшается уход резонансной частоты резонатора 6 при изменении температуры окружающей среды.

Для компенсирующей пластины 7 из арсенида галлия толщиной 40 мкм температурный диапазон изменения полосы пропускания составляет 50 С. При выборе длины волны первого источника 8 равной

0,8 мкм, диапазон температурной компенсации составит — 10...+40 С,