Датчик механических колебаний

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 А 1 1578 9 Я Н 11/5 АНИ ОБРЕТЕНИЯ Гфффффт Д ВТОРСНОМ ИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Воронежский политехнический институт(54) ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛГБАНИ 11(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров механических колебаний. Цель изобретения - повышение чувствительностиза счет обеспечения контроля колебаний малых амплитуд и возможности уче 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР та температурных изменений, При закреплении корпуса 1 датчика на колеблющемся объекте 2 на тенэоструне 3,выполненной в виде нитевидного полуюпроводникового монокристалла (НК);в ключенно го в плечо ур авновеше нногомоста 7 для измерения сопротивления,возникают вынужденные колебания,амплитуда которых превосходит амплитуду колебаний объекта, В результатеизменяется электрическое сопротивление НК и появляется напряжение на выходе. моста 7, которое регистрируется осцилло-.графом 8. С помощью контакта 4 регистрируется температура НК с помощью термоэлемента, которым является участок9 подклейки НК к объекту 2. 1 з,п.ф-лы, 1 ил,1578501 Изобретение относится к измери"тельной технике, а именно к измерениюпараметров механических колебаний(амплитуд, частот, затухания, коэффициента,передачи колебаний от элемента возбуждения к объекту), и может быть использовано в промышленнос"ти, медицине и научных исследованиях .(в области частот от долей герца донескольких сотен килогерц),Цель изобретения - повышениечувствительности за счет обеспеченияконтцоля колебаний малых амплитуд и .возможности температурных измерений,На чертеже изображена схема пред"лагаемого датчика,4Тензоструну 3 приклеивают к инерционной массе 6 и корпусу 1При этомторцовые участки НК длиной 1, зоныомических контактов и токовые выводыдолжны быть покрыты клеем,Диаметр и длину НК, а также величину инерционной массы 6 выбирают всоответствии с требованиями резонансной частоты,Резонансная частота нитевидныхмонокристаллов, рассчитанная по известной формуле резонансных частоттензоструны, равна 15 2 Я .7 рЕР 1 ЙДатчик содержит корпус 1, представляющий собой опорную площадку для 20крепления его на объекте 2, тензо-струну 3 с омическими контактами 4и 5, один из которых закреплен накорпусе 1, и инерционную массу 6, закрепленную на другом конце струны. Спомощью омических контактов 4 и 5тензоструна 3 включена в электрическую цепь уравновешенного моста 7 для,измерения сопротивления. Напряжениес диагонали моста 7 регистрируется спомощью осциллографа 8Тензоструна3 выполнена в виде монокристалла,выращенного методом химических газотранспортных реакций из тензочувствительного полупроводникового материала (например, кремния) и характеризу 35ется следующими параметрами: длина2-7 мм, площадь поперечного сечения210 мм, электросопротивление 10 -10 Ом, коэффициент тензочувствительзности - около 100, Омические контак"ты 4 и 5 изготовлены от торцов нитевидного кристалла (НК) на расстоянии1 (15-20)а, где а - ширина граниНК у торца, Такое изготовление омических контактов к НК позволяет расширить диапазон частот дпя использования тензоструны,изготовленной.на его основе, а также использоватьтенэоструну для приема одиночных импульсов упругих волн без их существенного искажения, Это обусловленотем, что на длине 1 от,торцов НКнаблюдается "краевой" эффект, существенно снижакщий чувствительность ибыстродействие тензоструны, Изготовление омических контактов 4 и 5 позволяет практически полностью исключить влияние "краевого" эффекта,где Ю - номер гармоники;Г - осевое натяжение;1 - длина;Й - диаметр;" плотность монокристалла,Участок 9 подклейки НК выполняет функцию термоэлемента, который с помощью омического контакта 4 и выпрямляюшего контакта 10 включен.в электрическую цепь для измерения температуры.Датчик работает следующим образом.При закреплении корпуса 1 датчика на колеблющемся объекте 2 на тензоструне 3 в виде монокристалла - нитевидного кристалла, включенного в, плечо уравновешенного моста 7 для измерения сопротивления, возникают вынужденные колебания. Степень приближения или удаления от условий резонанса колебаний нитевидного кристалла контролируется подбором величины инерционной массы 6. В результате вынужденных колебаний изменяется электросопротивление нитевидного кристалла и(как следствие тенэоэфФекта) появляется напряжение на выходе моста 7, которое регистрируется с помощью осциллографа 8.Установив постоянный коэффициент связи между зарегистрированными амплитудами какими-либо средствами (например, оптическим методом), в дальнейшем в процессе работы амплитуду объекта определяют как произведение коэффициента связи на амплитуду стоячей волны нли электрического сигнала, так как величина электрического сигнала однозначно связана с амплитудой стоячей волны, Таким образом, колебания исследуемого78501 6внести поправки, наконец, протариро-вать электрический метод измерений,Ввиду сильной (в четвертой степени) 5зависимости жесткости от диаметратензоструны НК является хорошим трансФорматором колебаний, Кроме того,НК кремния можно выращивать бездислокационными что обеспечивает высокую 10 стабильность и надежность при определении параметров колебаний, а следовательно, повышает точность. формула изобретения15 Составитель О,НесоваРедактор А.Ревин Техред Л,Олийнык Корректор Н.Ревская Заказ 1907 Тираж 420 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 5 15 объекта могут одновременно регистрироваться двумя независимыми взаимно связанными и взаимно дополняющими способами - по электрическому сигналу и с помощью оптических (ли" бо других) средств по амплитуде стоячей волны, НК в этом случае выполняет роль трансФорматора амплитуды коле баний объекта,Так как амплитуда колебаний НК может значительно в несколько раз превосходить амплитуду малых колебаний объекта, то в качестве оптических средств достаточно использование обычного микроскопа, С помощью микро.скопа измеряется длина штрихов, возникающих от светящихся точек на поверхности кристалла при отражении света во время колебаний.Так как упругие свойства и геометрические размеры тензоструны зависят от температуры, то температура оказывает влияние как на электрические свойства, так и на параметры ее колебаний (в том.числе и на стоячую волну НК), Поэтому учет температуры . способствует повышению точности измерения параметров колеблющегося объекта, Ввиду того,что зависимость , К(Т С) является нелинейной, то оптический метод позволяет уточнить и 1, Датчик механических колебаний,содержащий тензоструну, инерционнуюмассу, на которой жестко закрепленодин из концов тензоструны, другой 20 конец которой предназначен для закрепления на объекте, и два омическихконтакта, соединенных соответственнос двумя концами тензоструны, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с 25 целью повышения чувствительности, тензоструиа выполйена в виде нитевидно. -го монокристалла полупроводника,2, Датчик по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что он снабжен выпрям ляющим контактом, предназначеннымдля соединения с участком креплениятензоструны к объекту.