Акустоэлектронный датчик угла поворота

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 148325 01 В 17/00 51 55" 38 й 1И)Ог.А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН е(56) Авторское свид1093891, кл. б 01Авторское свидет1104656, кл. 6 0120отехнический инстнов етельство СССР В 7/00, 1984.льство СССР В 17/00, 1984. технике, свяго положения боды, а такали и инстользовано в щих центрах,ирение диачик для знарота, равного а фиг 2 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) АКУСТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения угла поворота объекта в робототехнике, гибких производственных модулях и системах управления. Целью является расширение диапазона измерений. Акустоэлектронный датчик угла поворота содержит три коаксиально расположенных пьезоэлектрических цилиндра, разделенных воздушным зазором, величина которого не превышает четверти Изобретение относится кзанным с определением угловообъекта с одной степенью своже взаимной ориентации детрумента, и может быть испробототехнике, обрабатываюсистемах управления.Цель изобретения - расшпазона измерений.На фиг.представлен датчения измеряемого угла пово90, вертикальный резрез; нразрез Б - Б на фиг. 1; навид А на фиг. 1. периодов решетки встречно-штыревых преобразователей (ВШП), расположенных на внешней поверхности неподвижного среднего цилиндра, Второй и третий цилиндры состоят из двух разнородных полуцилиндров, собранных на фланце, и имеют возможность поворачиваться относительно неподвижного цилиндра, закрепленного в основании корпуса. Толщина стенок неподвижного цилиндра не превышает двух периодов решетки ВШП. В стенках цилиндров выполнены прорези вдоль оси вращения, Одна пара полуцилиндров выполнена из материала, в котором скорость ПАВ больше, а другая пара - из материала со скоростью ПАВ меньше, чем в материале неподвижного цилиндра. ВШП образуют две линии задержки со звукопроводами, я образованными подвижными цилиндрами, при повороте которых изменяется время задержки за счет увеличения или уменьшения длины участков полуцилиндров с разной скоростью акустической волны. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. Акустоэлектронный датчик угла поворота содержит корпус 1 цилиндрической формы с калиброванным отверстием, в котором установлен первый неподвижный пьезоэлектрический цилиндр 2. Толщина стенок цилиндра 2 не превышает двух периодов решетки встречно-штыревых преобразователей (ВШП) 3, 4 и 5, 6, которые образуют две линии задержки акустических волн и размещены на внешней поверхности цилиндра 2 вдоль диаметрально противоположных образующих. Вблизи от места крепления расположены группы контактных площадок 7, которые соединены с кон 1483250тактными штырями 8 и гермовводами 9, расположенными в центральной области крышки 10 корпуса 1. С тыльной стороны ВШП 3, 4 и 5, 6 выполнены сквозные прорези, на кромках которых нанесен звукопоглотитель 11 и 12. Прорези ориентированы вдоль оси цилиндра 2 и параллельно электродам ВШП, но по разные стороны относительно входных ВШП 3 и 5.Внутри и снаружи неподвижного цилиндра 2 коаксиально с ним размещены второй и третий тонкостенные пьезоэлектрические цилиндры, состоящие из двух полуцилиндров 13, 14 и 15, 16 соответственно, разделенных до половины зазорами, в которых помещен акустический демпфер. Полуцилиндры выполнены из пьезоэлектриков, в которых скорости акустических волн неодинаковы: в полуцилиндрах 13, 15 - меньше, а в полуцилиндрах 14, 16 - больше, чем скорость однотипной волны, например поверхностной, в неподвижном цилиндре 2. Полуцилиндры собраны в единый узел на фланце 17. Внешняя поверхность второго и внутренняя поверхность третьего цилиндров разделены с соседними поверхностями неподвижного цилиндра 2 фиксированным воздушным зазором, величина которого не превышает четверти периода решетки ВШП. Фланец 17 поворачивается относительно корпуса 1 без люфта, Прокладка 18 предохраняет сопряженные поверхности корпуса 1 и фланца 17, а также внутреннюю полость устройства, от влияния внешней среды. Со стороны внешней поверхности фланца 7 выполнены калиброванные отверстия для контактных штифтов.Неподвижный цилиндр может быть изготовлен из пьезокварца, ось 7. кристалла направлена вдоль оси цилиндра. Левые половины подвижных цилиндров могут быть изготовлены из ниобата лития, а правые - из парателлурита, оптические оси которых ориентированы параллельно оси. вращения.Датчик работает следующим образом.Входной преобразователь 3 возбуждает первую акустическую волну во втором и третьем цилиндрах, которая распространяется по часовой стрелке и достигает выходного ВШП 4. Одновременно второй входной ВШП 5 возбуждают вторую акустическую волну, которая распространяется во втором и третьеим цилиндрах против часовой стрелки и достигает выходного ВШП 6. Время задержки первой акустической волны:т1. - 1.,Ч, Чг(1)где 1. - длина траектории первой волны в полуцилиндрах 13 и 15; 1. - длина траектории волн, рассчитанная по длинеполуокружности среднего цилиндра между ВШП 3 и 4; 1. - 1. - длина траектории первой волны в полуцилиндрах 14 и 16;Чг - скорости акустических волн в материале полуцилиндров 13, 15 и 14, 16 соответственно.Время задержки второй акустической волны определяется аналогично:Т:Т:+(2)где . - 1. - длина траектории второй акустической волны в полуцилиндрах 3, 15; 1. - длина траектории второй волны в полуцилиндрах 14, 16,Волны, которые возбуждаются ВШП 3 и 5 в противоположных направлениях, не проходят через воздушный зазор и рассеиваются насечками.Для положения подвижных цилиндров, когда угол поворота равен нулю для первой волны и 1.г=1. для второй волны: 1 О 20 30- (Т( - .17.гПри дифференциальном включении линий задержки отношение разности фаз Лр принятых сигналов к рабочей частоте со составит: 35-- =Т=Т - Тг . (3) Подставив (1) и (2) в (3), получим: 40 Лср=со(1. - 2. )1 гТемпературные изменения фазы в первой и второй линиях задержки одинаковы по знаку и близки по величине, следовательно, в значительной степени компенсируются в дифференциальной схеме.Техническими преимуществами датчика являются высокая точность измерения углов (до 0,001 градуса) в диапазоне от 0 до 180 и широкий диапазон рабочих температур. 45 50 Формула изобретения 1. Акустоэлектронный датчик угла поворота, содержащий корпус, установленные 55 в нем три пьезоструктуры, одна из которых.подвижная, а другая - неподвижная, и две пары встречно-штыревых преобразователей, одна из которых расположена на Т= - и Тг - , Ъ 1)Чг,КВремя задержки первой акустической 25 волны - минимально, а второй - максимально. Для угла поворота, равного 180 Т - максимально и Тг - минимально по величине. Промежуточным значениям угла поворота 0 р(180 соответствуют значения времени задержкинеподвижной пьезоструктуре, пьезоструктуры расположены на фиксированном расстоянии между ними, не превышающем четверти периода решетки встречно-штыревых преобразователей, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, третья пьезоструктура выполнена подвижной, пьезоструктуры выполнены в виде концентрических цилиндров, встречно-штыревые преобразователи размещены попарно вдоль диаметрально противоположных образующих на внешней поверхности неподвижной пьезоструктуры, толщина стенки которой не превышает двух периодов решетки встречно-штыревых преобразователей, каждая из подвижных пьезоструктур выполнена из двух полуцилиндров и имеет в месте стыков по два зазора длиной до половины ее высоты, зазоры расположены на противоположных стыках полуцилиндров у их противоположных торцовых поверхностей одна пара полуцилиндров подвижных пьезоструктур выполнена из материала, в котором скорость поверхностной 5 акустической волны больше скорости поверхностной акустической волны в материале неподвижной пьезоструктуры, а другая пара - из материала, в котором скорость меньше.2. Датчик по п. 1, отличающийся тем,что в неподвижной пьезоструктуре параллельно ее оси выполнены пазы, равные по длине апертуре встречно-штыревых преобразователей и расположенные по разные стороны от них, а на кромки пазов на несен звукопоглотитель.3. Датчик по п. 1, отличающийся тем,что зазоры в подвижных пьезоструктурах выполнены с насечкой на кромках и запоя нены звукопогл от и тел ем.148325012 2 7 7Составитель В. Кольцов Редактор И. Сегляник Техред И: Верес Корректор А. ОбручарЗаказ 2814/36 Тираж 683 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР1 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Г 1 роизводственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101