Датчик угла поворота

СОЮЗ СОВЕТСНИХнсддююемипРЕСПУБЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн двтсдснсмт смСМтслдстмтГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) И.Е.Сырмолотнов и Л.И.Захарьящев (71) Рязанский радиотехнический институт(53) 621,374.5:531. 717(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР В 792539. кл. Н 03 Н 9/30, 1979 (54)(57) 1. ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА, содержащий две параллельные пластины, первая из которых установлена с возможностью поворота относительно своей оси симметрии, а на обоих концах второй размещены два широкополосных встречно-штыревых преобразователя, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности измерения и разрешающей способности, он снабЯО 110465 А зш н 03 н 9/30; с 08 с 9/04; С 01 В 17/00 жен идентичной второй, установленной симметрично относительно первой, третьей пластиной, первая пластина выполнена из диэлектрика, на ее обеих плоскостях размещены вдоль оси симметрии узкополосные встречно-штыревые преобразователи, а вторая и третья пластины выполнены из анизотропного пьезоэлектрического материала.2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что преобразователи второй и третьей пластин развернуты на определенный угол по часовой и против часовой стрелок соответственно относительно выбранного направле.в "Фд ния осив плоскости ХО ниоба- " та лития, при этом в начальном положении электроды всех преобразователей параллельны,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углового положения, поворота или наклона подвижного объекта. 5Известен датчик угла поворота,содержащий две параллельные пластины,первая из которых установлена с возможностью поворота относительно своей оси симметрии, на обоих концах 10второй размещены два широкополосныхвстречно-штыревых преобразователя 11.Недостатками известного датчикаявляются низкая точность измерения,обусловленная температурной нестабиль.15ностью, и ограниченность диапазонаугловых положений, обусловленнаяконструкцией датчика,Целью изобретения является повышение точности измерений и разрешающей способности датчика.Поставленная цель достигается тем,что датчик угла поворота, содержащийдве параллельные пластины, первая изкоторых установленас возможностью по 25ворота относительно своей оси симметрии, а на обоих концах второй размещены два широкополосных встречноштыревых преобразователя, снабженидентичной второй, установленной симметрично относительно первой, третьей пластиной, первая пластина выполнена из диэлектрика, на ее обеихплоскостях размещены вдоль оси симметрии узкополосные встречно-штыревые преобразователи, а вторая и тре 35тья пластины выполнены из анизотропного пьезоэлектрического материала.При этом преобразователи второйи третьей пластин развернуты на оп 40ределенный угол по часовой и противчасовой стрелок соответственно относительно выбранного направленияоси 7 в плоскости 1(02 ниобата лития,при этом в начальном положении электроды всех преобразователей параллель"45ны.На фиг. 1 представлен датчик, общий вид; на фиг, 2 - разрез А-А нафиг, 1; на фиг. 3 - амплитудно-частотные характеристики неподвижных (а)и подвижных (б) встречно-штыревыхпреобразователей; на фиг, 4 - зависимость фазовой скорости поверхностной акустической волны от направления угла между осью 7 и;нормальюк волновому фронту,Датчик угла поворота содержитпервую пластину 1, установленную с возможностью поворота относительно своей оси симметрии, и две идентичные пластины 2 и. 3, выполненныеиз анизотропного пьезоэлектрическогоматериала, на обоих концах каждойиз которых размещены два широкополосных встречно-штыревых преобразова.теля 4 и 5 и 6 и 7. Первая пластина 1 выполнена из диэлектрика, на ееобеих плоскостях размещены вдольоси симметрии узкополосные встречноштыревые преобразователи 8 и 9.Преобразователи 4-9 ориентированы вдоль определенного направленияотносительно кристаллографическихосей, например, в плоскости". Х 23-среза ниобата лития. На второйпластине 2 этот угол составляет 55,на пластине 3 - угол 125 к оси 2(фиг, 4),При повороте пластины 1 зазор между преобразователями 8 и 9 и поверхностями пластин 2 и 3 остается постоянным, не превышающим периода решеткипреобразователей 4, 5 и 6, 7. Полосапропускания Дэтих преобразовате 1лей выбрана из условия Дт 1 мьЦЧо,где- частота ловерхностныхакустических волн (ПАВ), УЧ:ЬЧ/Ч -оотносительное изменение скорости ПАВдля материала пластин 2 и 3 в крайних угловых положениях пластины 1,Полоса ДЕ 2 нропускания преобразователей 8 и 9 Л/ в (1+ ЮЧ ) раз .меньше, чем у преобразователей 4,5и 6,7, а апертуры преобразователейвзаимно перекрываются при заданномугловом перемещении пластины 1,Датчик работает следующим образом.В среднем положении пластины 1преобразователь 8 возбуждает вовстречно-штыревых преобразователях(ВШП) 4 и 5 пластины 2 через воздушный зазор - /4 первую волну ПАВ.Одновременно второй преобразователь 9 возбуждает в ВШП 6 и 7 пластины 3 вторую ПАВ, при этом траекторииПАВ относительно оси 7 составляютсоответственно 55 и 125 для пластин 2 и 3. Скорости ПАВ равны или дос -таточно близки, но для .первой пластины 1 зависимость ПАВ от угла коси 2 имеет восходящий, а для второй пластины 2 - нисходящий характер(фиг. За).Первая ПАВ достигает преобразователей 4 и 5 и время т = 1 /2 Ч , где/2 - расстояние от преобразователя 8 до преобразователя 4 и 5;Ч-1104656 9аигг К /(м/с Хб 1 иГц и 62 Пс писнос 321/43 Т ПК За аалаал ППП Патаат, г. Уаго ул.Проектная,скорость ПАВ для заданного направления распространения в пластине 2.Вторая ПАВ достигнет преобразователей 6 и 7 за время то =1 /2 Чп 2, где г /2 - расстояние от преобразователя 9 до преобразователей 6 и 7, Ч 2 - скорость ПАВ для выбранного направления распространения волны в пластине 3.При повороте пластины 1 преобразо ватели 8 и 9 займут другое угловое положение относительно кристаллографических осей пластин 2 и 3, При этом . изменение скорости первой ПАВ противоположно по знаку изменению скорос ти второй ПАВ, и время задержки соответственно станет равным Т + дТ и01 О4 ТоТак как период решеток ВШП 8 и 9 постоянен, при повороте пластины 1 изменяется длина волны первой и второй ПАВ вследствие изменения фазовой скорости, а частота ПАВ изменяется4-4 4в пределах 1 Ф д(2. для первой и и +д 1,(7 для второй волн соответственно.Для уменьшения вносимых потерь период решетки преобразователей 4,5 и 6,7 .выбирается равным периоду ВШП 8 и 9, а полоса пропускания преобразователей 4,5 и 6,7, выбирается равной Г и превышает полосу пропус 1кания преобразователей 8 и 9 в (1+ сЧ) раэ. Для пластин иэ ниобата лития Ч -среза при повороте пластин 1 на угол ф 10 скорость ПАВ изменяется на +Зу Использование датчика, выполненного на пластинах иэ ниобата лития, и преобразователей с периодом решетки 50 мкм при частоте Ео = 36 МГцт позволяет получить чувствительность 100 кГц/град. Дифференциальная схема измерения датчика обеспечивает температурную погрешность 10 - 10 /оС. Х 9зо а 7 а Ю а