Датчик силы
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
/:2
"Ф
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
{61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 25ОВ80 (21) 2974074/28-20 ($$) М. Кд.з с присоединением заявки ¹
G 02 L 2/26
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетС0публиковаио 300382 Бюллетень No 22 153)УДК 532 782 (088. 8) Дата опубликования описания 300382
P2} Авторы изобретения
Ю.A. Асмоловский и A.Н. Рождествен ся цй,!
Омский политехнический институт ф ф с
t7f) Заявитель (S4) 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 (2).
Однако уменьшение погрешности измерения 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
10 кабеЛе
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик силы, чувствительный элемент которого выполнен в виде резонатора на поверхностных акустических вол15 нах. чувствительный элемент датчика состоит из пьезопластинки прямоу- гольной формы, закрепленной с двух сторон. На одной Поверхности пьезопластины вдоль длинных сторон разме2О щены встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустйческих волн и отражающие электроды. Преобразователь подключен к входу и выходу усилителя. Дестабилизирующее
25 влияние температуры в данном датчике на чувствительный элемент может быть снижено только за счет использования в качестве звукопровода материалов, имеющих стабильные тем30 пературные характеристики времени
917ОО7 задержки. Однако известные срезы пьеэоматериалов не облацают стабильныья температуриыми характеристиками в широком диапазоне температур.
Поэтому, наряду с использованием температурнрстабильных материалов чувствительноГо элемента в датчик силы на поверхностных акустических волнах резонаторного типа, дальнейшее снижение дестабилизирующего вли яния температуры обеспечиваются структурными методами термокомпенсации.
Цель изобретения — повышение точности эа счет снижения дестабиЛиэирующего влияния температуры. 15
Указ анная цель дости гае тс я тем, что в датчике, содержащем пьеэопластину с размещенными на ней пьезореэонатором, состоящим из преобразователя поверхностных акустических волн 2р .и отражающих электродов, преобразователь поверхностных акустических 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-! fg ния вдоль пьезопластины h
ЗО а поперек пьезопластины и»
få
2Ч„- где Vq и Ч» — заданные скорости распространения поверхностных акустйческих волн соответственно вдоль и поперек пьезопластины Е a f
2. резонансные частоты преобразователя соответственно вдаль и поперек пьезопластины.
На чертеже представлен датчик силы. 40
Датчик состоит из пьезопластины 1, преобразователей поверхностных акус.тических волн 2, отражающих электродов 3, усилителя 4,корпуса датчика S.
Преобразователь 2 представляет собой две прямоугольные спирали, совмещенные таким образом, что расстояние между соседними витками спиралей Равно половине 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 иолуволн.-ф где 3 длина волны соответствующая резонансной частоте fz преобразователя 2. Длина пути распространяется поверхностной акустической волны поперек пьезопластины также кратна целому числу длин полуволн
Л»
2 где 3 - длина волны, соответствующая резонансной частоте пре- 65 обраэователя: Преобразователь поверхностных акустических волн и отражающие электроды выполнены на одной из двух полированных поверхностей пьезопластины, например методом фотолитографии. На пьезопластине вдоль длинных сторон выполнены цилиндрические закругления, которые также подвергнуты полировке. Пьеэопластина крепится консольно в корпусе 5, к выходам преобразователя подключен усилитель 4.
Датчик работает следующим образом.
В кажцом направлении распространения вдоль и поперек пьезопластины возбуждаются стоячие поверхностные волны. В продольном направлении пьеэоцластины в формировании стоячей волны участвуют отражающие электроды. В поперечном направлении стоячая волна образуется в результате интерфереиции, воэбуждаемой преобразователем волны при ее циркуляции через соответствующие закругления и противоположную поверхность ньезопластины.
При Подключении к преобразователю усилителя в автогенераторе устанавливается двухчастотный режим автоколебаний,. при нагружении пьезопластины частота f< продольного резона.тора изменяется в результате меХанических напряжений, возникающих в звукопроводе.
Изменение резонансной частоты от температуры продольного и поперечного резонаторов зависит от среза пьезопластины и ориентации ортогональных направлений распростра нения поверхностных акустических волн относительно кристаллографнчес ких осей. Для пьеэопластины иэ ниобата лития У среза и направления распространения поверхностных волн для продольного резонатора вдоль оси Z, а поперечного вдоль оси Х иэмэнения резонансных частот от температуры, имеют одинаковый знак и отличаются на величину не более 1ОВ, а в случае использования изотропных пластинок звукопровода равны.
Резонансная частота сигналов с выхода автогенератора, которую можно выделить, подключив фильтр нижних частот к выходу усилителя, оггределяется разностью частот резонатора вдоль и г.оперек пьеэопластины, поэтому дестабилизирующее влияние температуры ослабляется не менее чем на порядок и за счет этого повышается точность измерений, при этом чувствительный элемент дач;чика может подключаться к усилителю с помощью одного кабеля.
Для независимого возбуждения двух мод колебаний используется один актинный элемент, при этом он одновременно выполняет функции смесителя.
917007
Формула изобретения
Составитель A. Северин
Техрнд А. Бабинец Корректор у; Пономаренко
Редактор И. йакей
Ф 1 ираж 883 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 1875/60
Ю Ь
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
1. Датчик силы, содержащий пьезоаластину с размещенными иа ией pesoнатором, состоящим из преобразователя поверхностных волы и отражающих, электродов, о т л и ч а ю щ и В с а тем, что, с целью повьэаения точностн преобразователь аоверхностиих акустических волы выполнен s виде двух прямоугольных спиралей„а ньевопластина консольио закреплена к имеет цилиндрические закругления ребер вдоль длинных сторон.
2. Дв.тчикпо.н. 1, о тли ч ав.ц и и с я тем, что расстояние межщу . витками спиралей выбрано из соотно,шения вдоль ньеэопластини Ь у
Ь.
f а поперек пьеэопластины Ь гч, где V< и V<» скорости распространения поверхност ых акустических волн соответственно вдбль и поперек пьеэопластины и х — резонансные частоты . ГЕ преобразователя соответственно вдоль и поперек цьеэопластины
t0
Источники информации, принятые so внимание при экспертизе
l. Патент Q6A Р 3878477, кл. 331-40, 1974.
2. Патент ФРГ Р 2754669, кл. 6 01 Ь 1/Хб, 1978 (прототип) .
