SU1262313A1

SU1262313A1 - Device for measuring pressure

Info

Publication number: SU1262313A1
Application number: SU843748843A
Authority: SU
Inventors: Леонид Петрович Шингель
Original assignee: Shingel Leonid P
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1984-06-05
Publication date: 1986-10-07

Abstract

Изобретение относитс к устройствам дл измерени давлени и позвол ет повысить точность измерений и уменьшить размеры устройства за счет исключени вли ни отраженной водны деформации. При воздействии на воспринимающие концы волноводов 1 и Z единичного скачка давлени в них распростран етс волна деформации, котора преобразуетс чувствительными пьёзозлементами 3 и 4 в электрическое, напр жение, поступающее на входы усилителей 5 и 6. В результате прохождени сигнала через линии 7, 9, 11 и 13 задержки и сумматоры 8, 10, 12 и 14 сигнал на выходе устройства имеет ту же форму, что и на входе, но двойную .амплитуду, что несущественно, а поскольку сигнал произвольной формы может быть представлен как совокупность единичных скачков давлени , устр-во позвол ет измер ть давление, произвольно мен ющеес со временем. 2 ил. (ПThe invention relates to a device for measuring pressure and improves the accuracy of measurements and reduces the size of the device by eliminating the influence of reflected water deformation. When exposed to the sensing ends of waveguides 1 and Z of a single pressure jump, a deformation wave propagates in them, which is converted by sensitive piezoelements 3 and 4 into an electrical voltage applied to the inputs of amplifiers 5 and 6. As a result, the signal passes through lines 7, 9, 11 and 13 delays and adders 8, 10, 12 and 14 the signal at the output of the device has the same shape as the input, but double amplitude, which is insignificant, and since the arbitrary waveform can be represented as a set of single hops and phenomena, the device allows you to measure pressure, arbitrarily varying with time. 2 Il. (P

Description

Изобретение относится к области измерения давлений, а именно к пьезоэлектрическим датчикам давления, и может быть использовано при измерении нестационарных давлений. jThe invention relates to the field of pressure measurement, namely to piezoelectric pressure sensors, and can be used in the measurement of non-stationary pressures. j

Цель изобретения - повышение точности измерений и уменьшение размеров устройства за счет исключения влияния отраженной волны деформации.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurements and reduce the size of the device by eliminating the influence of the reflected deformation wave.

На фиг. 1 представлена блок-схема ю устройства для измерения давления; На фиг, 2 - графики сигналов на выходах согласующих усилителей, линий задержки, сумматоров при работе устройства. 15In FIG. 1 is a block diagram of a pressure measuring device; In Fig.2 - graphs of the signals at the outputs of matching amplifiers, delay lines, adders during operation of the device. fifteen

Устройство содержит длинный 1 и короткий 2 свободные волноводы, причем размеры волноводов удовлетворяют условию =С_К· /С^-% Н_к/С_н , где ΐ_κ, ί_ύ соответственно длины короткого и длин-20 ного волноводов; Н - толщина пьезоэлемента; С_к, С_а , С_н - соответственно скорости звука в материале короткого и длинного волноводов и пьезоэлемента, чувствительные пьезоэлементы 3 25 и 4, соединенные с согласующими усилителями 5 и 6. Выход согласующего усилителя 5 подключен к входу линии 7 задержки и суммирующему входу сумматора 8. Выход линии 7 задержки соеди- зо нен с другим суммирующим входом сумматора 8, а его выход подключен к входу линии 9 задержки, выход которой соединен с суммирующим входом сумматора 10. Выход согласующего усилителя 6 соединен с входом линии 1 1 задержки и суммирующим входом сумматора 12. Выход линии 11 задержки подключен к вычитающему входу сумматора 12, выход которого соединен ₄₀ с входом линии 13 задержки и суммирующим входом сумматора 14. Выход линии 13 задержки подключен к другому суммирующему входу сумматора 14, выход которого является выходом уст- ₄<. ройства.The device contains long 1 and short 2 free waveguides, and the sizes of the waveguides satisfy the condition = С _К · / С ^ -% Н _к / С _н , where ΐ _κ , _{ί ύ,} respectively, the lengths of the short and long-20 waveguides; N is the thickness of the piezoelectric element; C _k , C _a , C _n are, respectively, the speed of sound in the material of the short and long waveguides and the piezoelectric element, sensitive piezoelectric elements 3 25 and 4 connected to the matching amplifiers 5 and 6. The output of the matching amplifier 5 is connected to the input of the delay line 7 and the summing input of the adder 8. The output of the delay line 7 is connected to another summing input of the adder 8, and its output is connected to the input of the delay line 9, the output of which is connected to the summing input of the adder 10. The output of the matching amplifier 6 is connected to the input of the delay line 1 1 and the summing the input of the adder 12. The output of the delay line 11 is connected to the subtracting input of the adder 12, the output of which is connected ₄₀ to the input of the delay line 13 and the summing input of the adder 14. The output of the delay line 13 is connected to another summing input of the adder 14, the output of which is the output of the device ₄ < . royals.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При воздействии на воспринимающие концы волноводов 1 и 2 единичного ⁵⁰ скачка давления в них начинает распространяться волна деформации, которая преобразуется чувствительными пьезоэлементами 3 и 4 в электрическое напряжение, поступающее на входа 55 усилителей 5 и 6. Сигналы на выходах , усилителей 5 и 6 имеют форму, показанную на фиг. 2. Сигнал с выхода усилителя 5 поступав г на вход линии 7 задержки, где задерживается на время £When a unit ⁵⁰ pressure jump is applied to the receiving ends of waveguides 1 and 2, a deformation wave propagates in them, which is converted by sensitive piezoelectric elements 3 and 4 into electrical voltage supplied to the inputs of 55 amplifiers 5 and 6. The signals at the outputs of amplifiers 5 and 6 have the form shown in FIG. 2. The signal from the output of amplifier 5 arriving at the input of the delay line 7, where it is delayed for a time £

Т._;=2Т где С, - соответстяенно длина и скорость звука в волноводе 1 (фиг. 28). С выхода линии 7 задержки сигнал поступает на вход сумматора 8, где суммируется с сигналом, поступающим непосредственно с согласующего усилителя 5. Результат сложения показан на фиг. 26.T _.; = 2T where C, is the length and speed of sound in waveguide 1, respectively (Fig. 28). From the output of the delay line 7, the signal is fed to the input of the adder 8, where it is summed with the signal coming directly from the matching amplifier 5. The result of the addition is shown in FIG. 26.

С выхода сумматора 8 сигнал поступает на вход линии 9 задержки, где задерживается на времяFrom the output of the adder 8, the signal is fed to the input of the delay line 9, where it is delayed for a while

соответственно длина и скорость звука в коротком волноводе 2;respectively, the length and speed of sound in a short waveguide 2;

соответственно длина и скорость звука в чувствительном элементе'.respectively, the length and speed of sound in the sensing element '.

С выхода линии 9 задержки сигнал поступает на вход сумматора 10. Сигнал с согласующего усилителя 6 поступает на пинию 11 задержки, где задер живается на времяFrom the output of the delay line 9, the signal goes to the input of the adder 10. The signal from the matching amplifier 6 goes to the delay line 11, where it is delayed for a while

S ¹ч G С ^2S ¹ h G C ^ 2

На фиг. 2-£- показан сигнал на входе линии 11 задержки с обратным знаком. Далее сигнал с линии 11 задержки в сумматоре 12 вычитается из сигнала, поступающего непосредственно с согласующего усилителя 6 (фиг. 2ж). С выхода сумматора 12 сигнал поступает на вход линии 13 задержки, где задерживается на время Т =2ΐ_ (фиг. 2») j 7 J и далее поступает на вход сумматора 14, где суммируется с сигналом, поступающим с выхода сумматора 12 (фиг. 2и). С выхода сумматора 14 сигнал поступает на вход сумматора 10, где суммируется с сигналом от линии 9 задержки (фиг. 2к) .In FIG. 2- £ - shows the signal at the input of the delay line 11 with the opposite sign. Next, the signal from the delay line 11 in the adder 12 is subtracted from the signal coming directly from the matching amplifier 6 (Fig. 2g). From the output of the adder 12, the signal enters the input of the delay line 13, where it is delayed by T = 2ΐ_ (Fig. 2 ") j 7 J and then goes to the input of the adder 14, where it is summed with the signal from the output of the adder 12 (Fig. 2i ) From the output of the adder 14, the signal is fed to the input of the adder 10, where it is added to the signal from the delay line 9 (Fig. 2k).

II

Таким образом, при воздействии единичного скачка сигнал на выходе устройства имеет ту же форму, что и на входе, но двойную амплитуду, что несущественно, а поскольку сигнал произвольной формы может быть представлен как совокупность единичных скачков, устройство позволяет измерять давление, произвольно меняющееся со временем. В устройстве исключено влияние отраженной волны деформации за счет введения дополнительного волновода и компенсации погрешностей, что увеличивает точность измерения. Кроме того, за счет отсутствия рассеивающих поверхностей или областей с переменным акустическим сопротивлением размеры предлагаемого устройства 5 могут быть существенно уменьшены за счет уменьшения длины волновода.Thus, when a single jump occurs, the signal at the output of the device has the same shape as the input, but has a double amplitude, which is insignificant, and since an arbitrary waveform can be represented as a set of single jumps, the device allows you to measure pressure that varies arbitrarily with time . The device excludes the influence of the reflected deformation wave due to the introduction of an additional waveguide and compensation of errors, which increases the accuracy of the measurement. In addition, due to the absence of scattering surfaces or areas with variable acoustic impedance, the dimensions of the proposed device 5 can be significantly reduced by reducing the length of the waveguide.

Claims

1 Изобретение относитс к области измерени давлений, а именно к пьезоэлектрическим датчикам давлени , и может быть использовано при измерении нестационарных давлений. Цель изобретени - повышение точности измерений и уменьшение размеров устройства за счет исключени вли ни отраженной волны деформации. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл измерени давлени ; на фиг. 2 - графики сигналов на выхо дах согласующих усилителей, линий за держки, сумматоров при работе устрой ства. . Устройство содержит длинный 1 и к роткий 2 свободные волноводы, причем размеры волноводов удовлетвор ют уел ,,/с,, где--, I, соответственно длины короткого и дли ного волноводов; Н - толщина пьезоэлемента; С, а н соответственн скорости звука в материале короткого и длинного волноводов и пьезоэлемента , чувствительные пьезоэлементы 3 и 4, соединенные с согласующими уси: ител ми 5 и 6. Выход согласующего усилител 5 подключен к входу линии задержки и суммирующему входу сз.мматора 8. Выход линии 7 задержки соеди нен с другим суммирующим входом сумматора 8, а его выход подключен к входу линии 9 задержки, выход кото рой соединен с суммирующим входом сумматора 10. Выход согласующего усилител 6 соединен с входом линии задержки и суммирующим входом сумматора 12. Выход линии 11 задержки подключен к вычитающему входу сумматора 12, выход которого соединен с входом линии 13 задержки и суммирующим входом сумматора 1А. Выход линии 13 задержки подключен к другому суммирующему входу сумматора 14, выход которого вл етс выходом устройства . Устройство работает следующим образом. При воздействии на воспринимающие концы волноводов 1 и 2 единичного скачка давлени в них начинает распростран тьс волна деформации, кото ра преобразуетс чувствительными пьезоэлементами 3 и 4 в электрическое напр жение, поступающее на входь усилителей 5 и 6. Сигналы на выходах усилителей 5 и 6 имеют форму, показанную на фиг. 1 The invention relates to the field of pressure measurement, namely to piezoelectric pressure sensors, and can be used in the measurement of non-stationary pressures. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy and reduce the size of the device by eliminating the influence of the reflected deformation wave. FIG. 1 is a block diagram of a device for measuring pressure; in fig. 2 - graphs of signals at the outputs of matching amplifiers, lines of delay, adders during operation of the device. . The device contains a long 1 and a short 2 free waveguides, and the sizes of the waveguides satisfy u ,,, / s, where--, I, respectively, the length of the short and long waveguides; H is the thickness of the piezoelectric element; C, and n, respectively, the speed of sound in the material of the short and long waveguides and the piezoelectric element, sensitive piezoelectric elements 3 and 4, connected to the matching wires: 5 and 6. The output of the matching amplifier 5 is connected to the input of the delay line and the summing input of the sp.mattor 8. The output of the delay line 7 is connected to another summing input of the adder 8, and its output is connected to the input of the delay line 9, the output of which is connected to the summing input of the adder 10. The output of the matching amplifier 6 is connected to the input of the delay line and the summing input of sums torus 12. Output of the delay line 11 is connected to a subtracting input of adder 12, whose output is connected to the input of the delay line 13 and a summing input of the adder 1A. The output of the delay line 13 is connected to another summing input of the adder 14, the output of which is the output of the device. The device works as follows. When exposed to the sensing ends of waveguides 1 and 2 of a single pressure jump, a deformation wave begins to propagate in them, which is converted by sensitive piezoelectric elements 3 and 4 into electrical voltage input to the inputs of amplifiers 5 and 6. The signals at the outputs of amplifiers 5 and 6 are shaped shown in FIG.

2. Сигнал с выхода 131 усилител 5 поступав г на вход линии 7 задержки, где задерживаетс на врем Т., 2Т 2р, где 1, С, - соответстненно длина и скорость звука в волноводе 1 (фиг. 2S). С выхода линии 7 задержки сигнал поступает на вход сумматора В, где суммируетс с сигналом , поступающим непосредственно с согласующего усилител 5. Результат сложени показан на фиг. 26. С выхода сумматора 8 сигнал поступает на вход линии 9 задержки, где задерживаетс на врем Lg- 2 -Ь --,- - -- -, где 1, С,, - соответ ственно длина и скорость звука в коротком волноводе 2; -t,, С - соответственно длина и скорость звука в чувствительном элементе. С выхода линии 9 задержки сигнал поступает на вход сумматора 10.,Сигнал с согласующего усилител 6 поступает на линию 11 задержки, где задерживаетс на врем J г -5. На фиг. 2- показан сигнал на входе линии 11 задержки с обратным знаком. Далее сигнал с линии 11 задержки в сумматоре 12 вычитаетс из сигнала, поступающего непосредственно с согласующего усилител 6 (фиг. 2ус), С выхода сумматора 12 сигнал поступает на вход линии 13 задержки, где задерживаетс на врем , (фиг. 2 s) и далее поступает на вход сумматора 14, где суммируетс с сигналом, поступающим с выхода сумматора 12 (фиг. 2и). С выхода сумматора 14 сигнал поступает на вход сумматора 10, где суМаЧИруетс с сигналом от ли- . кии 9 задержки (фиг. 2к). I Таким образом, при воздействии единичного скачка сигнал на выходе устройства имеет ту же форму, что и на входе, но двойную амплитуду, что несущественно, а поскольку сигнал произвольной формы может быть представлен как совокупность единичных скачков, устройство позвол ет измер ть давление, произвольно мен ющеес со временем. В устройстве исключено вли ние отраженной волны деформации за счет введени дополнительного волновода и компенсации погрешностей . что увеличивает точность измерени . Кроме того, за счет отсутстви рассеивающих поверхностей или областей с переменньсм акустическим сопротивле нием размеры предлагаемого устройств могут быть существенно уменьшены за счет уменьшени длины волновода. Формула изобретени Устройство дл измерени давлени содержащее первый акустический волно вод, на одном конце которого расположен первый пьезопреобразователь, :соединенный с первым усилителем, о т личающеес тем, что, с целью уменьшени погреш1,ости измерений и уменьшени размеров устройства за счет исключени вли ни отра женной волны деформации, в него введены второй акустический волновод. 13- на середине которого 0асположен второй пьезопреобразователь, четыре линии задержки, четыре сумматора и второй усилитель, при этом выход первого усилител соединен с первым входом первого сумматора и четыре первую линию задержки - с вторым входом первого сумматора, выход которого через вторую линию задержки подключен к первому входу второго сумматора, второй пьезопреобразователь соединен с входом второго усилител , выход которого подключен к первому входу третьего сумматора и через третью линию задер КИ - к второму входу третьего сумматора, вькод которого соединен с первым входом четвертого сумматора и через четвертую линию задержки с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу второго сумматора.2. The signal from output 131 of amplifier 5 arrives at the input of delay line 7, where it is delayed by time T., 2T 2p, where 1, C, is respectively the length and speed of sound in waveguide 1 (Fig. 2S). From the output of the delay line 7, the signal is fed to the input of the adder B, where it is summed with the signal coming directly from the matching amplifier 5. The result of the addition is shown in FIG. 26. From the output of the adder 8, the signal arrives at the input of the delay line 9, where it is delayed by the time Lg-2 - b -, - - - -, where 1, C ,, is respectively the length and speed of sound in the short waveguide 2; -t ,, С - respectively, the length and speed of sound in the sensitive element. From the output of the delay line 9, the signal arrives at the input of the adder 10. The signal from the matching amplifier 6 arrives at the delay line 11, where it is delayed by a time J g −5. FIG. 2- shows the signal at the input of the delay line 11 with the opposite sign. Next, the signal from the delay line 11 in the adder 12 is subtracted from the signal coming directly from the matching amplifier 6 (Fig. 2us). From the output of the adder 12, the signal arrives at the input of the delay line 13, where it is delayed by time (Fig. 2 s) and further enters the input of the adder 14, where it is summed with the signal from the output of the adder 12 (Fig. 2i). From the output of the adder 14, the signal is fed to the input of the adder 10, where the sumMachine with the signal from the line. cues 9 delay (Fig. 2k). I Thus, when a single jump is applied, the signal at the output of the device has the same shape as the input, but double amplitude, which is insignificant, and since an arbitrary waveform can be represented as a set of single jumps, the device allows you to measure pressure, varying with time. The device eliminates the influence of the reflected deformation wave due to the introduction of an additional waveguide and compensation of errors. which increases the measurement accuracy. In addition, due to the absence of scattering surfaces or regions with variable acoustic resistance, the dimensions of the proposed device can be significantly reduced by reducing the waveguide length. Claims An apparatus for measuring pressure comprising a first acoustic wave of water, at one end of which a first piezoelectric transducer is located: connected to a first amplifier, which is characterized in that, in order to reduce the error, measuring accuracy and reduce the size of the device deformation wave, the second acoustic waveguide is introduced into it. 13- in the middle of which a second piezotransducer is located, four delay lines, four adders and a second amplifier, while the output of the first amplifier is connected to the first input of the first adder and four first delay lines to the second input of the first adder, the output of which through the second delay line is connected to the first input of the second adder, the second piezoelectric transducer is connected to the input of the second amplifier, the output of which is connected to the first input of the third adder and through the third line to return the CI to the second input of the third an adder whose code is connected to the first input of the fourth adder and through the fourth delay line to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the second input of the second adder.