Дифференциальный пьезоэлектрическийпреобразователь

ров связаны со входами смесителя, а вторые - со входами фазового детектора, выход которого соединен со вхо. - дом фильтра нижних частот, а его выход подключен ко входам усилителей, соединенных своими выходами с управляющими входами автогенераторов.На чертеже изображена структурная схема предлагаемого преобразователя.Преобразователь содержит упругий элемент 1 с пьезокварцевыми резона-. торами 2 и 3, подключенными к авто- генераторам 4 и 5, и смеситель б, а также два коммутатора 7 и 8, такто" вый генератор 9, фазовый детектор 10, фильтр 11 нижних частот и два усилителя 12 и 13, нагруженных на управ ляющие входы автогенераторов 4 и 5. Входы усилителей 12.и 13 связаны с выходом фильтра 11 нижних частот, подключенного входом к выходч фазо- . вого детектора 10, входы которого Щ подсоединены ко вторым выходам коммутаторов 7 и 8, первые выходы которых нагружены на смеситель б,а первые и управляющие входы связаны соответственно с выходами автогенераторов 4 и 5 и тактового генератора 9.Упругий элемент 1 находится под действием силы и температурного поля в точке измерения. На торцовые поверхности упругого элемента укреплены пьезокварцевые резонаторы 2 й 3, испытывающие точечное нагружение. Резонаторы 2 и 3 подключены соответственно к автогенераторам 4 и 5. Одновременное воздействие силового и температурного полей изменяет резонансные частоты пьезокварцевых резонаторов 2 и 3 и, следовательно, частот генерациии Уд автогенераторов 4 и 5.= СОс С +С 40од ф С дСгде с Г - воздействующие температура и сила;- коэффициент преобразования по температуре иликоэффициент температурнойчувствительности;- коэффициенты преобразования по силе или коэффициенты силовой чувствительности.пьезоэлектрические резонаторы 2 н 3 имеют одинаковые коэффициенты преобразования к температуре, что характерно для дифференциальных устройств. Коэффициенты Е и Ц преобразования 5 по силе при дифференциальном включении должны иметь противоположные знаки, В качестве пьезокварцевых резонаторов могут быть выбраны резонаторы С-среза, имеющие высокие коэффи р циенты преобразования по силе и температуре и необходимые знаки этихкоэффициентов.Устройство работает следующим образом. Введение в устройство тактового генератора 9, двух коммутаторов 7 н 8, фазового детектора 10, фильтра 1 нижних частот и двух усилителей 12 и 13 позволяет в течение периода тактового генератора Т = 1 +измерять помимо силы Е и второй воздействующий на пьезорезонаторы 2 н 3 фактор- температуру. В первую часть периода 1 О-с.) тактового генератора 9 происходит измерение силы, когда коммутаторы 7 и 8 подключают автогенераторы 4 и 5 к смесителю б, на выходе которого выделяется частотный сигнал, пропорциональный воздействующей силеС . 1- 2-(Од -"Од)(1 "Й)Во вторую часть периода 1(с -сд) тактового генератора 9 происходйт йзмеренне температуры, когда коммутаторы 7 и 8 подключают автогенераторы 4 и 5 ко входам фазового детектора 10. В этом случае, поскольку имеется разность частот д Г, Г -1, то в устройстве наблюдается режим биений. В зависимости от знака мгновенного напряжения биений разность между частотами автогенераторов 4 .и 5 то повышается, то понижается, что приводит к неодинаковой длительности положительной и отрицательной полу- волн напряжения биений, в результате чего на выходе фазового детектора 10 образуется постоянная составляющая напряжения, которая подается через фильтр 11 нижних частот и усилители 12 и 13 с разноименными знаками коэффициентов передачи на автогенераторы 4 и 5 и снижает при определенных условиях частоту биений до нуля. В этом случае с выхода любого из автогенераторов 4 и.5 имеют частотный сигнал, пропорциональный воздействующей температуре4 -си - С-о -Год ф дГ - КсВ момент времени с срабатывают коммутаторы 7 и 8 и подключают авто- генераторы 4 и 5 ко входам фазового детектора 10, на выходе которого эа счет разности частот д Гн =1 -Гд наблюдаются биения, причем напряжение на выходе фазового детектора 10 в режиме биений содержит тем большую постоянную составляющую, чем меньше начальная расстройка а 1 н частот Г и Гд,В предлагаемом устройстве благодаря заранее известному выбору знака расстройки Ь автогенераторов 4 и 5 и разноименным знакам коэффициентов передачи усилителей 12 и 13, а следовательно, изменению в разные стороны напряжений управления и, в конечном счете, частот управляемых автогенераторов 4 и 5 в определенный момент времени также происходит взаимный захват частот Г и д . В дальнейшем возникающая при изменении воздействия силы Г дополнительная расстройкаТираж 907 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д . 4/5Заказ 631 б/55 филиал ППП "Патентп, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 вышеупомянвтых частот автогенерато- ров 4 и 5 уже относительно ЬГ приво 1 дит к изменению уровня постоянного напряжения на выходах фазового детектора 10 и фильтра 11 нижних частот. Если при возможных экстремальных расхождениях частот Г и Г, определяемых диапазонами возможных воздействующих сил расстройка, вносимая управляющими элементами 12 и 13 авто- генераторов 4 и 5, достаточна для полной компенсации этих расхождений то при включенной системе ФАПЧ напряжение на выходе фильтра 11 нижних частот всегда пропорционально воздействующей на пьезорезонаторы 2 и 3 силе Г, а следовательно, учитывая вышесказанное, частотный сигнал с выхода любого из автогенераторов 4 и 5 пропорционален воздействующей на пьеэорезонаторы дополнительно измеряемой температуре с.Таким образом, дифференциальный пьезоэлектрический преобразователь позволяет измерять не только усилие, но и температуру, чем выгодно отличается от известных.формула изобретенияДифференциальный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий два пьеэорезонатора, расположенных наупругом элементе и подключенных кдвум автогенераторам, и смеситель,о т л н ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей, в него введены цва коммутатора, тактовый генератор, фазовыйдетектор, фильтр нижних частот и дваусилителя, причем выходы автогенераторов соединены со входами коммутаторов, управляющие входы которых подключены к выходу тактового генератора, первые выходы коммутаторов связаны со входами смесителя, а вторыесо входами Фазового детектора, выходкоторого соединен со входом Фильтра 15 нижних частот, а его выход подключенко входам усилителей, соединенныхсвоими выходами с управляющими входами автогенераторов. 20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 9 558189, кл; С 019/08, 08.10.75.2. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М "Энергия", 1978, с. 120 (прототип),