Акселерометр

19) Я 1) 6 ельствфф 3 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР(71) Раменское приборостроительное конструкторское бюро(57) Использование: приборостроение, аксеперо метры на основе поверхностных акустически волн Сущность изобретения:основание чувствительный элемент выполнены из едино ОБРЕТЕН пьезоэлектрического материала и соединень между собой перемычкой для создания маятниковости чувствительного, элемента По разные стороны от перемычки образованы линии задержки, образованные встречно-штыревыми преобразователями. Входные преобразователи расположены на торцовой поверхности основания, а выходные - на чувствительном элементе, В акселерометре имеются два датчика момента, рас - положенные по разные стороны от перемьнкм. Кольцевые катушки датчиков момента закреплены на чувствительном элементе, а их постоянные магниты и магнитопроводы - на основании Акселерометр также содержит по одному формирователю импульсов положительной и отрицательной полярности, реверсивный счетчик 4 ил55 Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к измерителям линейных ускорений нв поверхностных акустических волнах (ПАВ).Целью изобретения является повышение точности акселерометрв.На фиг. 1 показана конструкция вкселерометрв; на фиг. 2, 3 - виды ЧЭ и основания; на фиг, 4 - структурная схема вкселерометра.Акселерометр имеет основание 1, чувствительный элемент 2, выполненные единым элементом из пьезоэлектрического материала и соединенные перемычкой 3 (фиг. 1), Торцовая поверхность основания 1 и противолежащая ей поверхность ЧЭ 2 параллельны и отстоят друг от друга на расстоянии б, составляющем около четверти длины волны ПАВ. Продольная ось перемычки 3 параллельна торцовой поверхности основания 1 и противолежащей ей поверхности ЧЭ 2, Перемычка 3 перпендикулярна торцевой поверхности основания 1 и противолежащей ей поверхности ЧЭ 2. Высота перемычки составляет около четверти длины волны ПАВ. Чувствительный элемент 2 выполнен асимметричным относительно продольной оси перемычки 3, т,е, расстояния центров масс двух частей ЧЭ 2 относительно продольной оси перемычки 3 неравны. Благодаря этому ЧЭ 2 обладает маятниковостью относительно продольной оси перемычки 3, Жесткость перемычки 3 мала настолько. чтобы ЧЭ 2 мог изменять свое положение относительно основания 1 при ускорении на нижнем пределе измерений.В аскелерометре образованы две линии задержки на ПАВ. Каждая ЛЗ расположена симметрично и на одинаковом расстоянии относительно продольной оси перемычки 3 с направлением акустического тракта вдоль продольной оси перемычки 3, Входной ВШП 4 первой линии задержки расположен на торцовой поверхности основанияпо одну сторону перемычки 3, выходной ВШП 5 этой линии задержки расположен на ЧЭ 2 по ту же сторону от перемычки 3, что и ВШП 4 (фиг. 1-3). Входной ВШП 6 второй ЛЗ расположен на торцовой поверхности основания 1 по другую сторону от перемычки 3, Выходной ВШП 7 этой линии задержки расположен нв ЧЭ 2 на той же стороне от перемычки 3, что и ВШП 6. Расстояния между входным 4 и выходным 5 ВШП одной линии задержки и продольной осью перемычки 3 равны расстояниям между входным 6 и выходным 7 ВШП второй линии задержки и продольной осью перемычки 3. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В вкселерометрв образованы два магнитоэлектрических датчика момента, кольцевые компенсационные катушки 8, 9 которых помещены на ЧЭ 2, в статоры - на основании 1. Статор одного датчика момента имеет постоянный магнит 1 О и магнитопровод 11, статор второго датчика момента состоит из постоянного магнита 12 и магнитопровода 13. Датчики момента расположены симметрично относительно продольной оси перемычки 3. Компенсационные катушки 8, 9 соединены последовательно встречно, т.е, начало одной катушки соединено с началом другой катушки,В схеме акселерометра (фиг. 4) включением усилителя 14 между входным 4 и выходным 5 ВШП одной линии задержки образован первый ПАВ-генератор, выход которого подключен к формирователю импульсов 16 положительной полярности. Включением усилителя 15 между входным 6 и выходным 7 ВШП второй линии задержки образован второй ПАВ-генератор, к выходу которого подключен формирователь импульсов 17 отрицательной полярности. Формирователи импульсов 16, 17 отличаются полярностью напряжений питания, что обусловливает их схему выполнения и полярности выходных сигналов.Выходы формирователей импульсов 16, 17 подсоединены к входам импульсного усилителя 8, а также к входам реверсивного счетчика 19. К выходу импульсного усилителя 18 подключены соединенные последовательно встречно компенсационные катушки 8, 9 датчиков момента. Импульсный усилитель 18 выполнен по симметричной схеме с двухполярным напряжением питания,Акселерометр работает следующим образом.При отсутствии ускорения, когда отсутствуют действующие на ЧЭ 2 инерционные силы, ЧЭ 2 остается в статическом положении, когда расстояния по обе стороны от перемычки 3 между торцевой поверхностью основания 1 и противолежащей ей поверхностью ЧЭ 2 равны и составляют четверть длины волны ПАВ. Так как при этом зазор между входным ВШП и выходным ВШП каждой линии задержки равен четверти волны РПВ, то существуют условия для передачи сигнала между входными и выходными ВШП. Поэтому в ПАВ-генераторах на линиях задержки возникает устойчивая генерация сигналов, В формирователе импульсов 16 иэ синусоидального сигнала первого ПАВ-генератора на линии задержки с ВШП 4, 5 формируются импульсные сигналы с той жв частотой следования, что и частота синусоидального сигнала, имеющие положи18".5144 АКСЕЛЕРО)уЕ 1 р, вг)о:1:анныЛ Р "основе преобразователе 11 поеерхног1 ыакустических волн, имеющи основаниечувствительный эле)ет рэзмеч.,ныенэ нем линии задержки с вход.мивыходными всгре 10-1)тыреяымл преобтельную полярность. В формировагеле пульсов 17 из синусоидальногс сиг эла втг)- рого ПАВ-генератора на линии эадеркки ВШП 6, 7 формируются импульсные сигналы с отрицательной полярностью иь:.)ульсов,На один иэ входов реверсивного счетчика 19 поступают положительные импульсы, на второй вход - отрицательные импульы. Так как частоты ПАВ-генераторов выбраны равными, то частота выходного сигнала ре версивного счетчика 19 равна нулю, Сигнаг с реверсивного счетчика 19 является выходным сигналом аскелерометра, и его отсутствие означает отсутствие ускорения,Поступающие на яходы симметричОГ. импульсного усилителя 18 сигналь после усиления проходят через последовательно соединенные катушки 8, 9 датчика момента. Так как через них проходят пос 1(-;Доэтол. но то положительные, то отрицательные импульсы, то суммарный развиваемый датчиками момента мо лент равен нул)о, что не приводит к перемещению ЧЭ 2,При наличии ускорения вследствие наличия маятниковости ЧЭ 2 нэ ЧЭ 2 дейлн)ует момент, который перемещает ЧЗ относительно основания 1 вслед(;тане де фОРМаЦИИ ПЕРЕМЫЧКИ 3, ПРИ сПОМ .; С 1 ются зазоры между входнымивыходными ВШП каждой из линий задер,к. ки, расположенные сиь)метр)11; о.) э и- тельно продольной оси перемь)чк 13 Пусть например, направление уск р)ен)111 г,ково. что зазор между ВШП 4 и ВШП 5 этой линии задержки увеличивается, а между ВШП 6 ); ВШП 7 второй линии задержки уменьшают ся. Тогда зазор между ВШП 4 и БШП станет больше четверти длины волы ПАВ. условия передачи сигнала между сод)1.г и выходным 5 ВШП нарушается, и П" 3 -;:. нератор нз линии задержки с БШ" : .1 е будет создавать частотный сигэлз зазор между ВШП б и 7 станет еще гс):.н: : е. чем четверть длины волны ПАВ, то ПА)(- е. нератор на линии эдержки с ВШ" б ., 7 будет продолжать работать, еьдавая ъ., г ный сигнал, В результате на вход импульсного усилителя 18 будет поступать то 1 ко сигнал с формирователс импульсов 17, полученный путем преобразования часто Формула изобре генля г, 10 , - ) ),1.1 .15 л( 45 ПАВ.генера гора э иин .,- .р)(;.и г. ВШП 6 л 7. После уси е 1, . вы) импульсного усилите я 18 в коме: (,элпн. ые ка гушки 1), 9 подаются имг)улы:ь) ) яг ярости. Ори которой компегСац)г).1 ,лэ)уц)кэ 8 втягивэРгся в савтор дэт ",",.) о ". (э мэгнитг)м 1 ", а компесационнэя ьат, ка 9 выталкивается иэ статора датчика момента с магнио; 12. В результате нэ ).(," . 1 ействуетМС(ЛЕН), СОЗДЭВЭЕМЫй ВЭ ГЧ)К:МЛ МОМЕНТЭ, КОрь)1 вОзврсяцэ . Э с в ,хОДное поло- кение относительно о(,ь. и 1),я 1. В зто время на один нз водов ре;,:,:.снго счетчика 19 пОДэются иипульсь) Р ч:)с),:ий, ОГ 1)еделяемой астотой ПАВ-ге)е)э",(,р; н; линии ЗадЕржКИ С ВШП б И 7.1) г лцОда рЕВЕрСИВ- ного счетчика )9 идет вь.,гдн(;:й сиг;(ал эк- (;О 1 Р РОМЕ ГРЭ,,-.Г.Г НСЛГ 1 ц)Ь."ОР которого соответс.Луг: г)я) лн е и,".Мер,;г ьОГО ус,коре 11 я дд 1).лсня,При протлвопо.( ",.; 1; эгг;)вле) ии у;- корения частотный ь О о" у гнал выра баты вэРт ПАВ-Ге(-: р э гор,)а л.н; яадеркки с ВШП 4, 5, Гигнэл вторгго ПАВ енератора раве нуло На Г)мог( )мп ул(сно- ГО уСИЛИтЕЛя 18 ДЕ; И П,Лг,-Ый СИГНаЛ, определяемьй ПАВеэ)о(. и э гф)и эдерк "н с В/и 4 ,)л) гл-,.:.)у(:нафто ) С)Л Л Т Е Л Я; и1( 1(1( Э(Р К ЗТ 9 . ) СИ Я, 9 ДаТЧИКа МОНР)с););.;. , 1 П) НЫг ротиво(олгх(но, 1 о Г рэ), опредыдуцим случэем полярос)ц так, )то к:)лпе)Сэционнэя катушка 8 в;элкивэеся из (:ттООЭ МОМЕНта, а с )МПЕНС".(лОННЭЯ Каушка 9 втягивается в с(эт)р,)этчлкэ момРнтэ. В рРз)ультэте созцэглэмьл латчкэми МОМЕНта МОМЕНГ Ьоээр) Эс: Ч. 7 = ИСХОД)о гг) гже.леЭ ВХу)д ЭЕВР, 11)с1-,;И(Э 1 ) Д:т :ЭЛ ТГ)Л,Г) С Ч.МИ;: .: Я ИМПЛЬСРВг) волг)китель(л:11)р);э рез,ль)эге Гстп С ВЫХОда рвэ;.(.,: .,Г;, И(а 19 ПГ)- ( туПЭЕ) ВЬ Х;-,; св "(,.с.:КГ;Г)про:(Етра,оцорццг )Л )ь.1",г.(О)":1,", дэ)1 ОГР нл 1) )О в се) и Я Таким Обрсз(м, ( 1,): Эс. )леь 1;с;0 ЭК;ЕЛЕрОМЕтра ИЭМссряРТГ,";:" р Р. ВЕЛИИс ,;)ТОРОГО О;)ЕДЕ)1 РСЯ :(у) Г(;) Г)ОЬЛ П у Л Ь С О И, Э ) с Г 1 р Э В У 1 ( Н И Е " 3Э 1 ЗИ Е М З Са),ового разряда реверсвного :гетика 19,1 ЭЗОВЭГРГЯ ;РсП(Ы ГГГр (КОГТных ак ги е:.; я)( н;э л,);ия;,ДЕРжКИ, Г Ь д,). Э;1:Р Г,;,";,:Р-,ис:. уу илителя )е (ц, в:г. -)(д),- ми 1)стрео ) ьр .1, и у:, и.;эг 1):тг; 1 ями линий ЛЬ)Рр; .и г:О яйся тем, что с,(. : ,-, - .:; я очг)стизмерений, в него введены два компенсационных датчика момента, компенсационные катушки которых расположены на чувствительном элементе, а статорына основании, формирователь импульсов положительной полярности и формирователь импульсов отрицательной полярности, реверсивный счетчик, импульсный усилитель, при этом каждый формирователь импульсов подключен к 1 О одному из генераторов поверхностных акустических волн, выходы формирователей импульсов подключены к входу импульсного усилителя, а также к реверсивному счетчику. к выходу импульс ного усилителя подключены соединенные последовательно компенсационные катушки датчиков момента, чувствительный элемент и основание выполнены иэ единого пьезоэлектрического матери ала, чувствительный элемент соединен с основанием перемычкой, продольная ось которой параллельна торцовой плоско. сти основания и противолежащей ей, основной поверхности чувствительного элемента, высота перемычки равна расстоянию между торцовой поверхностью основания и параллельной ей противолежащей основной поверхностью чувствительного элемента, это расстояние составляет около четверти длины волны преобразователя, чувствительный элемент выполнен асимметрично относительно продольной оси перемычки, образованы две линии задержки с направлением акустического тракта вдоль продольной оси перемычки, при этом их входные встречно-штыревые преобразователи расположены на торцо вой поверхности основания симметрично относительно продольной оси перемычки, выходные встречно-штыревые преобразователи расположены на основной, обращенной к торцовой поверхности основания поверхности чувствительного элемента симметрично относительно продольной оси перемычки и на таком же расстоянии от продольной оси перемычки, что и встречно-штыревые преобразователи на основании,1825144 двкто каз 1 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,Ы оставитель М, Костинехред М.Моргентал Корректор Н. Король Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5