Устройство для измерения линейных ускорений

СОЮЗ СОЙЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 1 1 Р 15/08 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ПНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ Н АВТОРСКОМУ СВИ ВЬСТВУ(21) 4238992/24-10 кости двухконсольной балки 1 - чувст- (22) 04.05.87 вительного упругого элемента с инер- (46) 07.03.89. Бни . 9 ционными массами 2 и 3 на концах кон- (71). Казанский авиационный институт . солей, происходит изменение режимовА Н Туполева работы автогенераторных преобразоваим. . . Уполева(72) И.Х,Исхаков и А.Н.Булюк телей деформации, дифференциально (53) 631.768 (088,8) под ключе нных чер е з буфер ные усилите- (56) Патент С 1 А3863497, ли 4 и 5 к регистратору 6. Каждый иэ кл. С О 1 В 517, 1975. преобразователей деформации содержитАвторское свидетельство СССР параллельно расположенные основную У 1029085, кл, 0 01 Р 15/08, 1983. 7, 10 и внУтРеннюю дополнительнУю 8,9 пары встречно-штыревых преобразова- (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙ-телей (ВИП) ПАВ, соединенных соответ" НЫХ УСКОРЕНИЙ ,ственно усилителями 13 и 12, Крат"ность длин волн акустического синхро- (57) Изобретение относится к акселе-. низма всех пар ВШП обеспечивает синрометрам, построенным по разомкнутой фазное сложение сигналов на приемных схеме с автогенераторными преобраэо-. ВШП 7,8. Указанные пары В 1 ЦП располователями дейормации на поверхностно-жены симметрично ВЙП, размещеннымч ч акустических волнах (ПАВ). Цельюна другой стороне двухконсольнои бализобретения является повышение чувст- ки. Суммарный сигнал с каждого преобвительности за счет введения допол- . Раэователя деформаций усиливается нительных преобразователей на ПАВ. за счет отклика .внутреннего контура При наличии измеряемого ускорения, . автогенератора, включающего РчП 8,9ВрчП .направленного перпендикулярно плос- и усилитель 12. 2 ил.Изобретеиие относится к измерению параметров движения, в частности к линейным акселерометрам, построенным по разомкнутой схеме с преобразователями деформации упругого чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и предназначено для использования в условиях инерционных угловых возмущений. 10Цель изобретения - повышение чувствительности устройства при измерении линейных ускорений.На фиг,1 представлена полная функциональная схема устройства, на 15 фиг.2 " упругий элемент, вид сверху.Устройство для измерения линейных ускорений содержит упругий элемент 1, выполненный в виде двухконсольной балки, закрепленной в своей средней 20 части с корпусом (не показано) и несущей измерительные массы 2 и 3 на свободных концах, два идентичных буферных усилителя 4 и 5, регистрируюый и 25тоге- ефор- ре щие устроиство 6, а так же перв второй идентичные между собой ав нераторные ПАВ преобразователи д .мации.ФПервый автогенераторный ПАВ и образователь деформации содержит 30 встречно-штыревые преобразователи(ВШП) 7 - 10, изготовленные методами 40 50 тонкопленочной технологии, на широкой грани 11 упругого элемента 1 и два идентичных усилителя 12 и 13.35 Электродные системы В 11 7 - 10 имеют одинаковые апертуры, равные ширине одного общего для всех ВШП акустичес кого канала 14 (фиг.2), продольная ось симметрии которого совпадает с продольной осью (не показана) широкой грани 11- упругого элемента 1. ВШП 8 и 9 имеют одинаковые конструкции и размещаются симметрично друг другу относительно поперечной плос 45 кости симметрии 00 двухконсольной балки упругого элемента 1.1Расстояние Ь между центрами ВШП8 и 9 выбирается равным КЪ где Кцелое число, а Ъ, - длина ПАВ акустического синхронизма пары В 11 П 8 и9. Аналогично ВШП 7 и 10 имеют одинаковые друг с другом конструкции и размещаются симметрично друг другу относительно той же плоскости 00 , а расстояние между их центрами Ь выбирается равным М Ъ, где Ь - целое число- длина ПАВ акустического син 9хронизма пары В 1 П 7 и 10,Ф Длины ПАВи Ъ, акустического синхронизма пары ВПП 8 и 9 и соответственно пары ВШП 7 и 10 выбираются кратными друг другу и должныудовлетворять соотношению Л, =%, где ш выбирается из определенного ряда значений.Выбором расстояний еи Ь, кратными целому числу длин волн (так как коэффициентыИ и К - целые числа) акустического синхронизма %, иВП 8,9 и 7,10, обеспечивается синфазное сложение на приемных ВШП, например ВШП 7 и 8, первой и второй ПАВ, возбуждаемых соответствующими передающими ВШП, например ВШП 9 и 10.Существование в первом ПАВ преобразователе деформации первой и второй ПАВ объясняется наличием и взаимодействием между собой двух контуров автогенерации; внешнего и внутреннего. ,Внешний контур автогенерации состоит из усилителя, 13, вход и выход которого электрически соединены с сигнальными электродными системами ВШП 7 и 10 линии задержки первой ПАВ, возбуждаемой ВШП 10 и распространяющейся по акустическому каналу 14 на поверхности широкой грани 11 упругого элемента 1 к ВШП 7. Внутренний контур автогенерации в свою очередь состоит из усилителя 12, вход и выход которого электрически соединены с сигнальными электродными системами ВШП 8 и 9 линии задержки второй ПАВ, возбуждаемой В 11 П 9 и распространяющейся по акустическому каналу 14 к приемным ВЯП 8 и 7. Вторая ПАВ является откликом внутренного контура автогенерации первого ПАВ преобразователя деформации на первую 11 АВ, самовозбуждающуюся во внешнем контуре автогенерации, например, при включении напряжения питания усилителя 13, Возбуждение второй ПАВ происходит следующим образом при прохождении первой ПАВ под приемными ВШП 8 внутреннего контура и взаимодействии с ними на сигнальной электродной системе В 11 П 8 возникает переменное элек-, трическое напряжение, которое усиливается усилителем 12 и, псступая с выхода усилителя 12 на сигнальную электродную систему ВШП 9, возбуждает две новые ПАВ, распространяющиеся по акустическому каналу 14 в двух взаимно противоположных направлениях. Одна из них, а именно АВ, распрост3146411 раняющаяся в направлении ВШП 8 и 7, и есть вторая ПЛВ, Третья ПЛВ, возбуждаемая 81 ЧП 9 и распространяющаяся к ВШП 10, не участвует в процессе5 самовозбуждения первого ПАВ преобразователя деформации, поскольку не взаимодействует ни с одним из приемных ВИП 8 и 7 и поэтому не рассматривается10Таким образом, в первом автогенераторном ПАВ преобразователе деформации условия самовозбужления зависят от результата взаимодействия с приемными ВШП 7 и 8 внешнего и внутреннего 1 б контуров автогенерации первой и второй ПАВ, которые имеют одну и ту же длину волны Ъ . Величина амплитуды переменного электрического напряжения (частота которого однозначно соответствует длине волны % первой и второй ПАВ) на сигнальных электродных системах ВШП 8 и 7 прямо пропорциональна амплитуде результирующей ПАВ, величина которой равна векторной сумме первой и второй ПАВ.Кроме того, если длина волны 3, акустического синхронизма идентичных ВШП 8 и 9 отличается от длины волны Я акустического синхронизма иден-тичных В 1 Ш 1 7 и 10, а именно Ъ, + Д. или шФ 1, тодлина волнырезультирующей ПАВ, взаимодействующей с приемньии ВШП 8 и 7, равна наименьшей из длин волн , илиакустического синхронизма, поскольку ПАВ с длиной волны % ЗВ может одновременно существовать во внешнем и внутреннем контуре автогене- рации, если ее длина % равна наименьшей из длин волн Й, или Ъ акустического синхронизма. пар ВШП 9, 8 или 7,. 10.40 Наименьшее значение кратковременной нестабильности выходной частоты Г первого автогенераторного ПАВ преобразователя деформации, а следова тельно, и наибольшее при прочих равных условиях разрешение измеряемой величины линейных ускорений обеспечиваются, если внешний и внутренний контуры самовозбуждения, каждый в отдельности, работают в недовозбужденном режиме. Для этого величина коэффициента усиления К усилителя, 12 внутреннего контура выбирается примерно на 107, меньшей значения, при котором произошло бы самовозбуждение внутреннего контура по цепи ВШП 8, усилитель 12 ВШП 9, линия за" держки ПАВ от ВШП 9 к ВШП 8, Величи 04на коэффициента усиления К усилителя 13 выбирается такой, чтобы обеспечить недостающее усиление по внешнему контуру лля возникновения режима самовозбужления всего лвухконтурного первого автогенераторногоПАВ преобразователя леформацни. Критерием правильной работы ПАВ преобразователя деформации является срыврежима автогенерации при отключениинапряжения питания одного из усилителей, например усилителя 12,При выполнении условий Е, =К ЪЬ ==Х % и Ф, =тчпервая и вторая ПАВвнешнего и внутреннего контуров автогенерации синфазно складываютсядруг с другом на приемных ВШП 8 и 7,следовательно, режим автогенерациипервого ПАВ преобразователя деформации обеспечивается при наименьших величинах коэффициентов усиления К 1 иК 2 усилителей 12 и 13.Второй автогенераторный ПАВ преобразователь деформации полностьюидентичен первому автогенераторномуПАВ преобразователю деформации и содержит ВИП 15 - 18, расположенныена широкой грани 19 упругого элемента 1, и лва илентичных усилителя 20и 21.1 Внутренний контур автогенерации второго ПАВ преобразователя деформации состоит из усилителя 20 и линии задержки ПАВ между ВШП 17 и 16, ко торые имеют одинаковые конструкции и размещаются симметрично друг другу относительно поперечной плоскости симметрии 00 двухконсольной балки упругого элемента 1, причем расстояние Е между центрами ВШП 16 и 17 выбирается равным Ь 1=К Я гле К - целое число, а , - длина ПАВ акустического синхронизма пары ВИП 16 и 7. Внешний контур автогенерации второго ПАВ преобразователя деформации состоит из усилителя 21 и линии задержки ПАВ между ВШП 15 и 18, которые имеют одинаковые конструкции и размещаются симметрично друг другу относительно поперечной плоскости симметрии 00 упругого элемента 1 (фиг. 1), причем расстояние Ь между центрами ВИП 15 и 18 выбирается равным Е =М Ъ, где В - целое число, а % - длина ПАВ акустического синхронизма при ВШП 15 и 18. Величина коэффициента усиления К усилителя 20 внутреннего контура 3автогенерации второго ПЛВ преобразо5 14641 вателя деформации выбирается примерно на 107, меньшей значения, при котором произошло бы самовозбуждение внутреннего контура по цепи ВШП 16, усилитель 20, ВНП 17, линия задержки ПАВ от ВШП 17 и ВИП 16, а величина коэффициента усиления К усилителя 21 внешнего контура выбирается такой, чтобы обеспечить недостающее усиление 10 по внешнему контуру для возникновения режима самовозбуждения йсего двухконтурного второго автогенераторного ПАВ преобразователя деформации.Выходные частоты Г, и Г соответ" ственно первого и второго автогенераторных ПАВ преобразователей дефор-. мации ввиду их полной идентичности друг другу при отсутствии линейных ускорений равны между собой. Их значения определяются пространственным периодом электродных систем ВШП 7 10 и 15 -" 10 и 15 - 18, скоростью распространения ПАВ в материале упругого элемента 1, игракщего одно временно роль звукопровода ПАВ, и величинами расстояний Ь, и Е между центрами ВШП внешних и внутренних контуров автогенерации первого и второго ПАВ преобразователей деформации.Буферные усилители 4 и 5 служат для обеспечения развязки между выходами первого и второго автогенераторных ПАВ преобразователей деформации и соответствующими входами регистри 35 рукщего устройства 6.Устройство для измерения линейных ускорений работает следующим образом. 40При появлении измеряемых ускорений вследствие инерционных свойств масс 2 и 3 возникают взаимно противо" положные деформации широких граней 11 и 19 упругого элемента 1, что при.45 водит к взаимно противоположным изме- . нениям выходных частот 1, +61 и Е + +ЮГ первого и второго автогенератор" . ных ПАВ преобразователей деформации,10 6прямо пропорциональным величине измеряемых ускорений.При наличии угловых ускорений широкие грани 11 и 19 упругого элемента 1 испытывают одинаковые по величине и знаку деформации, вследствие чего выходные частоты Г, и 1 первого и второго автогенераторных ПАВ преобразователей деформации изменяются на одну и ту же величину ЬГ, т.е. Г, + +ЬГ и Г +М, н значит не вызывают изменений показаний регистрирующего устройства 6.Формула и зо бр ете нияУстройство для измерения линейных ускорений, содержащее закрепленный в корпусе упругий чувствительный элемент в виде двухконсольной балки с инерционными массами на концах и двумя автогенераторными преобразователя" ми деформации пары, встречно-штыревые преобразователи поверхностных акустических волн которых расположены на противоположных полостях балки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в каждый из автогенераторных преобразователей деформации введена дополнительная пара встречно-штыревых преобразователей, расположенная параллельно преобразователям основной пары, и усилитель, соединяющий. встречно-штыревые преобразователи дополнительной пары, причем расстояние между центрами преобразователей в основной паре и дополнительной кратны целому числу длин волн акустического синхронизма этих пар, а длины волн акустического синхронизма основных пар кратны друг другу, при этом все встречно-штыревые преобразователи, закрепленные на одной стороне двухконсольной балки, расположены симметрично встречно-штыревым преобразователям, размещенным на пругой сторонебалки.1464110 оставитель К,Лукомскийехред Л.Сердюкова Корректо едактор И.Л а к си мищи нец ри ГКНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент"г. Уагород, ул, Гагарина,10 аказ 820/49 Тираж 788 НИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, Подписное1обретениям и открытияРаушская иаб д. 4/5