Датчик перемещений

(9) (1) 5 О 01 В 17/00 иборо- яввы- трации ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики Ростовского государственного университета.(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Изобретение относится к и строению и может использовать сокоточных устройствах реги перемещений. Цель изобретения - увеличение диапазона регистрируемых перемещений и повышение точности измерений,На чертеже показана структурная схема датчика перемещений,Он содержит первую 1 и вторую 2 пьезоэлектрические подложки. Вторая пьезоэлектрическая подложка - 2 жестко закреплена на направляющем элементе (на чертеже не показан), Пьезоэлектрические подложки 1 и 2 размещены одна относительно другой параллельно с зазором между их рабочими гранями с возможностью перемещения второй пьезоэлектрической подложки 2 относительно первой 1 в плоскости, параллельной их рабочим граням, (вдоль направляющего элемента).(57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высокочастотных устройствах регистрации перемещений. Цель изобретения - увеличение диапазона регистрируемых перемещений и точности измерений, Это достигается за счет применения новой схемы соединения четырех попарно идентичных преобразователей поверхностно-активных волн со смесителем и дополнительным усилителем, Датчик позволяет плавно измерять перемещения в широком диапазоне. 1 ил. При этом продольные оси первой 1 и второй 2 пьезоэлектрических подложек (оси, вдоль Б которых распространяются ПАВ) взаимопараллельны.На рабочих гранях пьезоподложек 1 и 2 расположены первый 3 и второй 4 преобра- О зователи ПАВ соответственно, На рабо= С чих гранях пьеэоподложек 1 и 2 (Л соответственно расположены также тре Я тий преобразователь ПАВ (5) идентичный К) первому преобразователю ПАВ (3) и чет- С) вертый преобразователь ПАВ 6, идентичный второму преобразователю ПАВ 4. Третий 5 и четвертый 6 преобразователи ПАВ расположены симметрично первому 3 и второму 4 преобразователям ПАВ соответственно относительно продольной оси первой пьезоподложки. Преобразователи ПАВ (3, 4, 5, 6) могут быть выполнены, например, в виде встречно-штыревых пленочных структур. Один из выходов каждого преоб-, разователя ПАВ (3, 4, 5, 6) соединен с общейшиной (на чертеже не показана). Датчик содержит также основной 7 и дополнительный 8 усилители и смеситель 9, Потенциальный вывод первого преобразователя ПАВ 3 .соединен с входом основного усилителя 7. Потенциальный вывод второго преобразователя ПАВ 4 соединен с выходом основного усилителя 7. Потенциальный вывод третьего преобразователя ПАВ 5 соединен с входом дополнительного усилителя 8. Потенциальный вывод четвертого преобразователя ПАВ 6 соединен с выходом дополнительного усилителя 8. Выходы обоих усилителей 7; 8 соединены с соответствующими входами смесителя 9, выход которого соединен с потенциальной выходной клеммой датчика перемещения 10. Угол между продольной осью а-а направляющего элемента, т,е. между направлением перемещения второй пьезоподложки 2 и продольной осью первой пьезоэлектрической подложки 1 выбирается из условия:Пьезоэлектрические подложки могут быть выполнены из любого пьезоэлектрического материала, например, ниобата лития, пьезокерамики и др. Направляющий элемент может быть выполнен, например, в виде профильной диэлектрической или металлической полоски, перемещаемой в пазу плоского основания. Усилители 7, 8 могут быть выполнены, например, в гибридно- пленочном или твердотельном исполнении,Датчик перемещения работает следующим образом. При включении питающего напряжения возбуждаются два ПАВ-генератора, Первый состоит изакустической линии задержки на основе первого преобразователя ПАВ (3), второго преобразователя ПАВ (4) и основного усилителя 7, Второй ПАВ-генератор состоит из акустической линии задержки на основе третьего преобразователя ПАВ (5), четвертого преобразователя ПАВ (6) и дополнительного усилителя 8; В начальном положении (что соответствует рисунку) частоты обоих ПАВ-генераторов равны 10, угол Р отличен от л /2; при перемещении пьезоэлектрической подложки 2 вдоль направляющей на расстояние Ь 1 преобразователи ПАВ (4 и 5) получат вертикальное смещение (вдоль апертур) Ьз и Д и горизонтальное смещение (вдоль линии в-в) + Ь соз 3 и - Ь.соз 3 соответственно, где Ь - величина перемещения второй пьезоэлектрической подложки относительно первой вдоль продольной оси направляющего элемента.Изменение фазы в петлеобразной связи каждого ПАВ-генератора определяется олько горизонтальным смещением, а приагссоз ф ( -при этом 0Ьзи 3Ю.В датчике при смещении второй подложки 2 относительно первой 1 смещение в горизонтальном направлении для двух акустических каналов имеет разные знаки, а именно .Ь соз ф, а.поскольку регистрируемой величиной является разность приращения частоты в двух ПАВ-генераторах, то чувствительность датчика удваивается. Так, если для первого ПАВ-генератора Ьт 1 =+ созе Ь Ь40 где 3 0 - начальное расстояние между центрами преобразователей, для второго ПАВ- генератораЬЬЬ=- - созе 0.1-о Приращение частоты на выходе смесиПо приращению частоты определяют измеряемое перемещение.формул а из об рете н и я Датчик перемещений, содержащий первую и -предназначенную для взаимодействия с объектом вторую пьезоэлектрические одномодовом режиме монотонное изменение частоты (без скачка на следующую моду)происходит при смещении в горизонтальном направлении до величины . А/2. Я -длина ПАВ. При этом смещение вдоль осинаправляющего элемента (рабочее, полезное смещение) определяется из выраженияЬ 1 соз 3 4 /2, т.е. Ь 14/2 созфОчевидно, генерация происходит лишь"О при перекрытии апертур преобразователейПАВ каждой из акустических линий задержки. Это условие налагает ограничение навеличину перемещенияЬ з 1 п /3 И/,"5 где Ю - величина апертуры преобразователей (м),Из приведенных выше условий и геометрических построений видно, что дляобеспечения измерения максимального пе 20 ремещения при условии монотонного изменения частоты угол /3 должен выбираться изусловия1805290 Составитель О. АнтоновТехред М. Моргентал . Корректор М, Шарош дактор Л. Н аказ 934 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 изводстве пластины, размещенные одна параллель-но другой с зазором между их рабочимигранями, установленные соответственнона рабочих гранях первой и второй пьезоэлектрических пластин; первый и второй преобразователи поверхностно-активных волн(ПАВ), первый усилитель, вход которого соединен с первым преобразователем ПАВ,,а выход - с вторым, третий преобразователь ПАВ, установленный на рабочей грани второй пьезоэлектрической пластины, ичетвертый преобразователь ПАВ, установленный на первой пьезоэлектрической пластине, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения диапазона регистрируемых пе ремещений и повышения точности измерений, датчик снабжен смесителем направляющей, продольная ось которой составляет острый угол с продольной осью первой пьезоэлектрической пластины, вторая пьезоэлектрическая пластина установлена на направляющей с возможностью перемещения вдоль Фе продольной оси, третий. преобразователь ПАВ идентичен первому и соединен с входом второго усилителя, четвертый преобразователь ПАВ идентичен второму и соединен с выходом второго усилителя, а выходы первого и второго усилителей соединены со смесителем.