Акселерометр с преобразователем поверхностно-акустических волн

СОЮЗ СОЭЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН гг г г С 01 Р 15/08 Е ИЗОБРЕТЕН ПИСАН АВТОР(72 ехниче ии239 ,02,78.24527 . 08. 83.24430 10.82 ( 14 67, про БРАЗОВАКИХ ВОЛНый вныйпреобраповерхщийну сторону сторону от.1 ГОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 3633042/24-1012.08.8315.06.85.Бюл.(ПАВ), содержащий закрепленкорпусе консольный чувствитэлемент с акустоэлектроннымэователем, расположенным наности консоли, о т л и ч а ю с я тем, что, с целью повышения точности измерения ускорений, чувствительный элемент выполнен в виде двух идентичных пар, осеснмметрично закрепленных в корпусе, пластин, инерционные массы на концах которых уста новлены со смещением от продольных осей пластин в направлении друг к другу у входных акустоэлектронных преобразователей и противоположно у выходных, причем пластины выполнены из анизотропного материала с изгибной жесткостью в направлении распространения волны меньшей, чем у материала корпуса в месте закрепления, и скруглены на концах, противоположных инерционным массам, при этом входные акустоэлектронные преобразователи каждой пары расположены по од- С ,а выходные - по другую места закрепления пластин.Изобретение относится к измерениюпараметров движения, в частности какселерометрам с первичным преобразователем акустоэлектронного типа.Известны акселерометры с акустоэлектронными преобразователями, расположенными на упругих пластинчатыхи мембранных подвесах 11 и 2 .Однако данные акселерометры имеютотносительно низкую точность измерения, обусловленную низкой температурной стабильностью преобразователей.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является устройство,содержащее закрепленный в корпусеконсольный чувствительный элемент сакустоэлектронным преобразователем,расположенным на поверхности консоли 13),20Недостаток известного устройства - относительно низкая точностьизмерения ускорения вследствие дрейфа нуля акселерометра от изменениямодуля упругости при наличии градиен тов температур. Относительно большойтемпературный коэффициент приводитк изменению крутизны преобразованиясилы в деформацию поверхностного слояупругого чувствительного элемента. З 01 Целью изобретения является повышение точности измерения ускорений.Указанная цель достигается тем, что в акселерометре с преобразовате лем поверхностно-акустических волн (ПАВ) содержащем закрепленный в корпусе консольный чувствительный элемент с акустоэлектронным преббразователем . расположенным на поверхнос ти консоли, чувствительный элемент выполнен в виде двух идентичных пар, осесиюетрично закрепленных в корпусе, пластин, инерционные массы на концах которых установлены со смеще кием от продольных осей пластин в направлении друг к другу у входных акустоэлектронных преобразователей и противоположно у выходных, причем пластины выполнены из анизотропного 50 материала с изгибной жесткостью в направлении распространения волны меньшей, чем у материала корпуса в месте закрепления, и скруглены на концах, противоположных инерционным 55 массам, при этом входные акустоэлектронные преобразователи каждой пары расположены по одну сторону, а выходные - по другую сторону от места закрепления пластин,На фиг, 1 представлена упрощеннаяконструктивная схема устройства, видспереди (разрез А-А на фиг. 2); нафиг. 2 - то же, вид сверху со снятойкрышкой; на фиг. 3 - разрез Б-Б нафиг. 2.Акселерометр с тензопреобразователем ПАВ содержит две пьезокварцевыепластины 1 и 2, имеющие повернутыйу-х-срез и жестко закрепленные посередине в держателе 3, 4. Держатель3,4 изготовлен из материала, модульЮнга и модуль сдвига которого превышают соответствующие модули для пластин. Нижняя часть 3 держателя соединена с корпусом 5 твердым припоем 6.С помощью верхней части 4 держателяи слоя стеклоцемента 7 пластины 1 и 2неподвижно фиксируются в держателе.Срез кристалла, из которого изготов- .лены пластины, обладает минимальнымтемпературным коэффициентом модуляупругости и максимальным коэффициентом тензочувствительности скорости ксдвиговой деформации. По обе стороныот держателя 3,4 на верхней поверхности пластины 1 сформированы входной 8и выходной 9 встречно-штыревые преобразователи (ВШП) поверхностно-акустических волн, образующие линию задержки, а на нижней поверхности пластины2 - ВШП 10 и 11. На диагонально противоположных углах пластин 1 и 2 расположены инерционные массы 12, 13 и14, 15 соответственно. Свободные углыпластины скруглены по дуге окружностис радиусом, равным ширине пластин.Герметизирующая крышка 16 и дно корпуса 5 выполняют роль упоров при пере- ,грузке. Гермовводы 17-20 и 21-24 использованы для соединения ВШП сэлектронной схемой ПАВ-генератора.Устройство работает следующим образом.С помощью входного ВШП 8 впервойпластине возбуждается ПАВ, котораяраспространяется вдоль поверхностного слоя, проходит область крепленияв держателе и достигает выходнойВШП 9 за времй Т , Одновременно вовторой пластине с помощью входногоВШП 1,0 возбуждается ПАВ, котораяаналогичным образом, распространяясьвдоль нижнего поверхностного слоя,достигает выходной ВШП 1 за времяТ,о. При наличии ускорения, векторкоторого направлен перпендикулярно поверхности пластин, происходит изменение времени задержки Тю и Т 0, Возникающие усилия вызывают деформации кручения пластины 1 по часовой стрелке, а пластины 2 против часовой стрелки. В результате время задержки ПАВувеличивается, а ПАВуменьшаетсяТ =Т ЬТ, и Т Т -ЬТ, (1)Деформации изгиба, возникающие в пластинах, дополнительно изменяют время задержки ПАВТ,Т, +ЬТ,Ьт,нт,=т, -ЬТ,-ЬТ, . (2) В уравнениях (1) и (2) величины ЬТ, ЬТ определяют абсолютное изменение времени задержки ПАВ эа счет изменения фазовой скорости ПАВ от деформации кручения, а Ь Т Ь Т - эа счет деформаций изгиба. Вследствие диагонального расположения инерционных масс ЬТ,(/ЬТ,( и ЬТ /ЬТ,(.При нагревании пластин происходит одинаковое по знаку изменение времени задержки ПАВ за счет изменения длины акустического пути и начальной скорости волн (Т)- =Т +ЬТ Ф ЬТ Ф ЬТ,(Т):Т -ЬТ -ЬтЬТ . (3)Поскольку в данном случае деформации изгиба значительно меньше деформаций кручения, то изменение крутизны нагрузочной характеристики "ускорение - время задержки" от температуры может происходить в основном засчет изменения величины сдвиговыхдеформаций пропорционально ТКМУ сдви га, Однако срез пластин выбран такимобразом, что изменения модулей сдвига при нагревании (охлаждении) имеют минимально возможные значения.С учетом выщеизложенного уравнения 10 (3) принимают вид(4)Й 11 х - Т Ф ЬТ - ЬТ фаВ ПАВ-генераторах изменение час- .15 тоты обратно по знаку изменению времени задержки. При дифференциальномвключении генераторов происходитвычитание частотЮ Ь ф а=оф 1 +ЬЕ-,о,ЬЕф 1 юПри условии Е:Е; Ь Е+дйЬ ф 4фЬйаЬХ=ЬЕ 0, получим ЬЕ 2 ЬЕ, т.е.изменение разностной частоты происходит практически только за счет де формаций кручения и не зависит оттемпературы так как срез пластинвыбран с минимальным (нулевым) ТКИУсдвига,Таким образом, конструкция устройЗ 0 ства обеспечивает повышение точностиизмерения ускорения при минимальномвлиянии. изменения температуры окружающей среды.Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 7 Тираж 897 ИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 13035, Москва, Ж, Раушск Подписнета СССРтийя наб., д. 4/5