Преобразователь перемещения и скорости объекта в дискретный электрический сигнал

Союз Советсиик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о)881526(61) Дополнительное к ввт. св (22) Заявлено 2201,80 (21 с присоединением заявки йо (23) Приоритет -д-ву -1) .,(з 94 1./1 Государственны СССР по делам нзо н откры(53) УДК 681, 34 (088.8) Дата опубликования описания 1 Ы 18 72) Авторы изобретен Ф, Зарипов, И.Ю. Петрова, В. ов ионный институт им. Орджоникид 71) Заявитель имский а%РТс: Л 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМ В ДИСКРЕТНЫЙ ЗЛЕ ЕНИЯ И СКОРОСТИ ОБЪРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ д- ас а явтель-оэможя Изобретение относится к системамавтоматического контроля и преобразования перемещений в электрическийсигнал, а именно к преобразователямперемещения и скорости в дискретныйэлектрический сигнал.Известны преобразователи перемещения или положения объекта, напримерустройство для измерения положенияобъекта, содержащее металл-диэлектрикполупроводниковую структуру, выполненную в виде полупроводниковой положки со сформированнми в ней облтями истока и стока, и подвижногозатвора, отделенного от подложки слоем жидкого диэлектрика и связанногос контролируемым объектом, а такжес источником сигналов управления постоянного тока 111,Недостатками этого устройствляются его ограниченная чувствиность к микроперемещениям и невность измерять скорость движениобъекта.25Наиболее близким техническим решением .к изобретению является устрой- .ство для измерения положения объекта,содержащее металл-диэлектрик-полупроводниковую структуру, выполненную ввиде полупроводниковой подложки со сформированными в ней областями истока и стока, а также подвижного эатво. ра, отделенного от подложки слоем жидкого диэлектрика, связанного с контролируемым объектом и с источником сигналов управления. Затвор выполнен в виде нескольких жестко соединенных между собой электродов переноса заряда, а источник сигналов управления выполнен импульсным с несколькими выходами, соединенными с соответствующими электродами затвора. Количества электродов каждой фазы одинаковы 21.Недостатками известного устройства являются его неспособность измерять скорость перемещения объекта, а также ограниченный диапазон измеряемых перемещений, так как он определяется длиной областей стока и истока, которые,в свою очередь, зависят от размеров полупроводниковой подложки,Цель изобретения - расюирение диапазона работы преобразователя перемещения и скорости в дискретный электрический сигнал.Поставленная цель достигается эа счет того, что в преобразователь перемещения и скорости объекта в дискретный электрический сигнал, содер881526 1 О 15 40 50 где б 5 жащий полупроводниковую подложку, уодного торца которой расположен входной затвор и исток с омическим контактом, соединенным через первый резистор с одним источником питания, у другого торца подложки расположен выходной затвор и сток с омическим контактом, соединенным с осциллографоми через второй резистор с другим источником питания, подвижную равномерную решетку электродов переносазарядов и многофазный импульсный источник питания, введена неподвижнаярешетка электродов переноса заряда,расположенная в слое диэлектрика наподложке входным и выходным затворами, электроды подвижной решетки подключены к одной фазе многофазного источника питания, к другим фазам которого подключены электроды неподвижной решетки, количество электродовподвижной решетки превышает количест во электродов неподвижной решетки преобразователя.На чертеже приведено схематичное изображение преобразователя, Схема преобразователя перемещения и скорос- д ти объекта в дискретный электрический сигнал содержит полупроводниковую подложку 1 с проводимостью п-типа,покрытую слоемдиэлектрика 2,в котором. находятся поликремниевые электроды 3 и 4 переноса заряда, образующие неподвижную решетку. Перед электродами 3 и 4 переноса заряда расположен входной затвор 5, а после электродов 3 и 4 переноса заряда - выходной затвор 6. Перед входным затвором 5 в полупроводниковой подложке 1 расположена входная диффузионная область р-типа проводимости - исток 7 с омическим контактом 8, а после выходного затвора 6 - выходная диффузионная область р-. типа проводимости - сток 9 с омическим контактом 10, Подвижная равномерная решетка представляет собой последовательность электродов 11 переноса заряда, расположенных на гетинаксовой пластине 12 параллельно друг другу и на одинаковом расстоянии( шаге ) друг от.друга, которое равно2.Ь+Е/где Ь - длина электорода переноса заряда, - расстояние между электродами 3 и 4, Количество электродов 11 решетки превышает количество неподвижных электродов одной фазы ( например, первой Фазы ) по крайней мере на единицу Решетка выпол": 55иена с возможностью перемещения послою жидкого глицерина 13, нанесенного на поверхность диэлектрика 2, исвязана с движущимся. объектом, перемещение и скорость которого контролируются ( на чертеже не показан) . Пере мощение решетки возможно вдоль последовательности неподвижных электродов 3 и 4.Исток 7 подключен к одному источнику питания 14 через резистор 15,Сток 9 подключен к одному источникупитания 16 через резистор 17. Электроды 3, 4 и 11 переноса заряда подключены к системе трехфазного импульсного источника питания, причем элек-,трод 3 к первой Фазе Ф, электрод 4подключены к третьей фазе ф;а электрод11 - ко второй фазе Щ. Затвор. 5 подключенк источнику импульсного питания Ф,а затвор 6 к источнику импульсного питания Ф,Выходные импульсы регистрируютсясциллографом 18,соединенным со стоком9 через контакт 10.устройство работает следующим образом,При движении решетки слева направо по слою жидкости диэлектрика 13электроды 11 решетки периодически занимают среднее положение между электродами 3 и 4. При этом под действиемимпульсных потенциалов ф- ф возникает под всеми электродами в йолупроводниковой подложке 1 последовательность потенциальных ям или обедненныхобластей, через которые передаются отистока 7 к стоку 9 пакеты зарядов.Для этого, чтобы потенциальные ямыпод подвижными электродами 11 былиодинаковыми по глубине с потенциальными ямами неподвижными электродами3 и 4, потенциал ф по абсолютнойвеличине должен быть больше потенциалов ф и ф, так как толщина диэлектрика под электродами 11 больше толщиныдиэлектрика под электродами 3 и .4После передачи заряда к стоку 9 на нагрузке появляется пачка импульсон,которые регистрируются осциллографом 18,При дальнейшем движении решетки послою диэлектрика 13 электроды 11 смещаются от среднего положения и в полупроводнике под ними образуются ямы,ширина которых уменьшается по сравнению с потенциальными ямами под электродами 3 и 4, так как электроды 3и 4 экранируют воздействие электродов 11 на подложку 1, В результатевозникает потенциальный барьер междуямами под электродами 3 и 11. Зарядыне могут перетечь из одной ямы в другую, и на стоке 9 не появляются импульсы напряжения. При дальнейшемдвижении электроды 11 вновь занимаютсреднее положение между электродами3 и 4 и на выходе преобразователя снова появляется пачка импульсов, регистрируемаяосциллографом 18, и циклповторяется снова. Измеряемое перемещение определится как й - количество пачекимпульсов,определяемое по осциллограФу 18,",Редактор Л. Повхан Техред А.Бабинец КорректорЮ.екто Ю. Макаренк Подписноо комитета СССРий и открытийРаушская наб., д, 4/ 705твеннообрете Ж; 940/63 Тир ВНИИПИ Госуда по деламктная, 4 ППП Патент, г. Ужгород, у ил превышающее количество электродов 11 над количеством электродов одной фазы.Диапазон измеряемых перемещений5 увеличивается на И(ЪЬ 2) мкм, если количество электродов 11 подвижной решетки превышает количество электроцов одной фазы на и электродов.Скорость исследуемого объекта рав О на 15 где 1 - временной интервал между пачками импульсов, измеряемыйосциллографом 18;х - расстояние, пройденное решеткой между двумя последователь ными пачками импульсов. Преобразователь можно выполнить двухфазным или .четырехфазным.Так как время впрыскивания заряда в потенциальную яму и передача его .вдоль подложки от истока 7 к стоку 9 мало по сравнению с временем механического перемещения электродов, то предложенное устройство является безинер- ЗО ционным.Экономический эффект от использования предложенного технического решения обусловлен отмеченными выше его техническими преимуществами.Уд Формула изобретенияПреобразователь перемещения и скорбсти объекта в дискретный электрический сигнал, содержащий полупроводниковую подложку, у одного торца которой расположен входной затвор и исток .с омическим контактомсоединенным через первый резистор с одним источником питания, у другого торца подложки расположен выходной затвор и сток с омическим контактом, соединенным с осциллографом и через второй резистор с другим источником питания, подвижную равномерную решетку электродов переноса зарядов и многофазный импульсный источник питания,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона работы преобразователя, в него введена неподвижная решетка электродов переноса зарядов, расположенная в слое диэлектрика на подложке между входнымии выходным затвором и электроды подвижной решетки подключены к одной фазе многофазного источника питания, к другим фазам которого подключены электроды неподвижной решетки, количество электродов подвижной решетки, превышает количество электродов неподвижной решетки преобразователя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР У 868966, кл. С 08 С 9/04, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке о 2514548,кл.С 08 С 9/04,1977 (прототип).