Датчик скорости перемещений

 

Изобретение относится к приборостроению . Цель изобретения - повышение точности измерения скорости перемещения. Датчик скорости перемещений содержит первую и жестко закрепленную на направляющем элементе вторую пьезоэлектрические подложки, расположенные на рабочих поверхностях первой и второй пьезоэлектрических подложек первый и второй преобразователи ПАВ и генератор высокостабильных гармонических колебаний , соединенный с вторым преобразователем ПАВ. Датчик содержит также на рабочей поверхности первой пьезоэлектрической подложки третий преобразователь ПАВ, находящийся в одном акустическом канале с первым и вторым преобразователями ПАВ, и смеситель, при этом первый и третий преобразователи соединены с входами смесителя, а выход смесителя соединен с потенциальной выходной клеммой. Выполнение датчика обеспечивает высокую точность измерения скорости перемещения различных объектов. 4 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕ1+ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4904213/22 (22) 22,01.91 (46) 30.05.93. Бюл. 1Ф 20 (71) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики Ростовского государственного университета (72) В.Д,Кац, А,Н.Рыбянец. В.Н.Банков и

В.Г.Днепровский (56) Левшина Е.С. и Новицкий H.Â. Злектрические измерения физических величин. Л.:

Знергоатомиздат, ЛО, 1983.

Снитко В.tO, Датчики физических величин на поверхностных акустических волнах.

Приборы и системы управления, 1989, hh 7. (54) ДАТЧИК СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения — повышение точности измерения скорости перемещения.

Датчик скорости перемещений содержит первую и жестко закрепленную на направИзобретение относится к приборостроению и может использоватьвя в высокоточ-. ных устройствах регистрации скорости перемещений, например, в высокоточных тэхометрах.

Цель изобретения — повышение точности измерения скорости перемещений.

На фиг. 1 и 2 показаны структурные схемы датчиков скорости перемещений, причем датчик, показанный на фиг. 2, предназначен для измерения скорости вращения.

Датчики содержат первую 1 и вторую 2 пьезоэлектрические подложки. Вторая пьезоэлектрическая подложка 2 жестко закреплена на направляющем элементе.

5U» 1818679 А1 ляющем элементе вторую пьезоэлектрические подложки, расположенные на рабочих поверхностях первой и второй пьезоэлект. рических подложек первый и второй преобразователи ПАВ и генератор высокостабильных гармонических колебаний, соединенный с вторым преобразователем ПАВ. Датчик содержит также на рабочей поверхности первой пьезоэлектрической подложки третий преобразователь

ПАВ, находящийся в одном акустическом канале с первым и вторым преобразователями ПАВ, и смеситель, при этом первый и третий преобразователи соединены с входами смесителя, а выход смесителя соединен с потенциальной выходной клеммой.

Выполнение датчика обеспечивает высокую точность измерения скорости перемещения различных объектов. 4 ил.

Пьезоэлектрические подложки 1 и 2 размещены одна относительно другой с зазором между рабочими поверхностями с возможностью перемещения второй пъезоподложки относительно первой без изменения величины зазора вдоль направляющего элемента, как показано на фиг. 1, или вокруг направляющего элемента (оси), как показано на фиг. 2. На рабочих поверхностях пъезоподложек 1 и 2 первый и третий расположены преобразователи (ПАВ) 3, 4 и второй преобразователь ПАВ 5 соответственно, причем преобразователи ПАВ 3 и 4 идентичны. Один из выводов каждого пре-образователя ПАВ 3-5 соединен с общей шиной. Датчик содержит также высокоста1818679,(3)

55 бильный генератор гармоничных колебаний

6 и смеситель 7, причем потенциальный вывод второго преобразователя 5 соединен с выходам генератора, потенциальные .выводы преобразователей 3 и 4 соединены с входами смесителя; а потенциальная выходная клемма 8 соединена с выходом смеситеНаправляющий элемент, соответствующий датчику скорости линейного перемещения (фиг. 1) может быть выполнен, например, в виде профильной диэлектрической или металлической полоски, перемесцаемой в пазу плоского основания.

Направляющий элемент, соответствующий датчику скорости углового перемещения (фиг, 2) мажет быть выполнен в виде металлической или диэлектрической оси, закрепленной в подшипнике.

Пъезоэлектрические подложки могут быть выполнены из любого пьезоэлектрического материала, например, ниобата лития, пъезокерамики и др.

Датчик скорости работает следующим образом.

При вкяф ении питающего напряжения высокостабильный генератор гармоничных колебаний с частотой fo e помощью преобразователя 5 возбуждает ПАВ частотой fo как на рабочей поверхности пъезоподложки

1, так и на рабочей поверхности пъезоподложки 2 через небольшой зазор Ь« ilo (il о— длина ПАВ на частоте акустического синхронизма). Поскольку процесс возбуждения и приема ПАВ через зазор можно описать введением эффективной диэлектрической проницаемости та работу датчика скорости можно рассматривать на одной поверхности, считая, что ана обладает соответствующей эффективной диэлектрической проницаемостью, зависящей от величины зазора, На фиг. 3 и 4 показана эта эффективная поверхность с размещенными на ней преобразователями

ПАВ в соответствии со схемой датчика. показанной на фиг. 1. При движении пъезоподложки 2 (фиг. 1) вправо относительно пъезоподложки 1 со скоростью v в соответствии с эффектом Доплера на потенциальной клемме преобразователя 4 появляется напряжение вида. U4 = Uo cos(2 л { о - f ) t + +4), а на потенциальной клемме преобразователя 3 — напряжение вида 0з

= Uo cos(2 a (fo - f ) т + 4), где fp = fo ч/Ч, где

Ч вЂ” скорость ПАВ на пъезоподложке, Далее сигналы Щ и Оз подаются на смеситель (например, транзистор, работающий в нелинейном режиме) в результате чего на потенциальной выходной клемме появляется гармонический сигнал с разностной частотой 2fo, который отфильтровывается и подвергается дальнейшей обработке, Работу датчика угловой скорости (фиг.

2) можно рассмотреть аналогичным образом. Эффективная поверхность с размещен10 ными на ней преобразователями в соответствии с рис, 2, показана на рис, 4. при вращении пьезоподложки 2 вокруг оси с угловой скоростью w точки участка эффективной поверхности АВ движутся с ли"5 нейной скоростью Ч =и й, перпендикулярной .радиусу R, возбуждая в точке В ПАВ с частотой fo + f и в точке В ПАВ с частотой fo - f, где f = fo wR/V . В результате на потенциальных клеммах преобразователей (поз.

20 3 и 4) появляются напряжения 0з = Uo

cos(2 (fo+ fo) t+ 4); U4 = Uo cos(2 (fo - f )

t+ 4) соответственно. Дальнейшая обработка сигналов производится аналогично случаю, рассмотренному выше.

Оценим точность измерения линейной скорости. Пусть линейная скорость рабочих поверхностей относительно друг друга, скорость ПАВ в пъезоподложке Vo + дЧо, где дЧо — девиация скорости ПАВ, связанная с влиянием температуры, давления и других факторов, Обычно дVo/×î-„10 . Согласно приведенным выше соотношениям регистрируемого приращения частоты на выходе смесителя

Используя известное соотношение

1/(1 + х) и1 - х, при х« t имеем а-2V;(1- Ч .

v дЧо

М 2ч 2V дЧ или

Очевидно, что точность определения скорости определяется кратковременной стабильностью генератора гармоничных колебаний; Поскольку стабиль- ность таких генераторов может достигать

10 с, Чои2 ° 10" мкм/с, то предельное разрешение при измерении скорости составляет 10 мкм/с.

Формула изобретения

Датчик скорости перемещений, содержащий первую и жестко закрепленную на направляющем элементе вторую пьезоэлектрические подложки, рабочие поверхности которых имеют кривизну, размещенные одна относительно другой с возможностью перемещения с постоянным зазорам между

1818679 рабочими поверхностями, расположенные на рабочих поверхностях первой и второй пьезоэлектрических подложек соответственно, первый и второй преобразователи поверхностных акустических волн (ПАВ), причем второй преобразователь ПАВ соединен с генератором высокостабильных гармоничных колебаний. первый преобразователь соединен с первым входом смесителя. смеситель соединен с фильтром нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения скорости перемещения, в него введены

5 третий преобразователь ПАВ, установленный на рабочей поверхности первой пьезоэлектрической подложки в одном акустическом канале с первым и вторым преобразователями ПАВ и соединенный с

10 вторым входом смесителя.

1818679

Составитель О.Кудрявцева

Техред M,Моргентал Корректор АМотыль

Редактор

Производственно-издагельский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1941 Тираж ПФЩнисй06

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открвгВиям ври KHT СССР

113035, Москва, Ж-35. Рауескэв иаб,. 4/5