SU1642286A1 - Pressure pickup - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к датчикам на поверхностных акустических волнах (ПАВ), и позвол ет расширить диапазон измер емых давлений за счет использовани  в качестве преобразующей части датчика пьезоэлектрической пластины с располо537 женными на ней двум  парами встречно- штыревых преобразователей (ВШП) поверхностных акустических волн определенной топологии. Датчик состоит из манометрического чувствительного элемента 1 и преобразующей части, котора  представл ет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней двум  излучающими 3 и двум  приемными 4 ВШП ПАВ. Пластина 2 закреплена в корпусе 5 датчика, а в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие 7, диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого наход тс  два пьезоэлектрических диска 8, диаметром, равным диаметру отверсти , с возможностью перемещени  вдоль него. Чувствительный элемент 1 жестко соединен с пьезоэлектрическими дисками 8 посредством штока 9. 3 ил. Чиё о N го N5 00 О The invention relates to a measurement technique, in particular, to sensors on surface acoustic waves (SAW), and allows to expand the range of measured pressures due to the use of a piezoelectric plate with two pairs of on-pin converters (IDT) on it as a transducer part. surface acoustic waves of a certain topology. The sensor consists of a manometric sensitive element 1 and a conversion part, which is a plate 2 of a piezoelectric material with two radiating 3 and two receiving 4 WSPs on it. The plate 2 is fixed in the sensor housing 5, and in its side part there is a blind end hole 7 along the axis of symmetry, with a diameter exceeding its thickness, inside which there are two piezoelectric disks 8 with a diameter equal to the hole diameter, which can be moved along it. The sensing element 1 is rigidly connected to the piezoelectric disks 8 through the rod 9. 3 Il. What about N th N5 00 O

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  измерени  давлени  с датчиками на поверхностных акустических волнах (ПАВ).The invention relates to a measurement technique, in particular, devices for measuring pressure with surface acoustic wave (SAW) sensors.

Цель изобретени  - расширение диапазона измер емых давлений.The purpose of the invention is to expand the range of measured pressures.

На фиг. 1 изображен датчик давлени , разрез; на фиг. 2 - преобразующий элемент датчика; на фиг, 3 - разрез А-А на фиг. 2.FIG. 1 shows a pressure sensor, a slit; in fig. 2 - transducer element of the sensor; FIG. 3 is a section A-A in FIG. 2

Датчик (фиг. 1) содержит монометрический чувствительный элемент (ЧЭ) 1, выпол- ненный в виде мембранного болка, и преобразующую часть, котора  представл ет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней парой излучающих встречно-штыревых преобразователей (ВШП) 3 и парой приемных ВШП 4. Пластина 2 закреплена в корпусе 5 датчика с помощью держателей 6, а в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие 7, диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого наход тс  два пьезоэлектрических диска 8, диаметром, равным диаметру отверсти  с возможностью перемещени  вдоль него. ЧЭ 1 жестко соединен с пьезоэлектрическими дисками 8 посредством штока 9. На диски 8 нанесены электроды 10 (фиг. 3).The sensor (Fig. 1) contains a monometric sensitive element (SE) 1, made in the form of a membrane bol, and a transforming part, which is a plate 2 of piezoelectric material with a pair of radiating interdigital transducers (IDT) 3 located on it and a pair of receiving IDT 4. Plate 2 is fixed in the sensor housing 5 with the help of holders 6, and in its side part there is a blind face hole 7 with a diameter exceeding its thickness, inside which there are two piezoelectric disks 8, diameter equal to the diameter of the hole with the ability to move along it. The SE 1 is rigidly connected to the piezoelectric disks 8 by means of a rod 9. Electrodes 10 are applied to the disks 8 (Fig. 3).

При отсутствии измер емого давлени  пьезоэлектрические диски 8 (фиг. 1), толщиной , не превышающей 1-1,7 мм, и диаметром , равным диаметру отверсти  7, наход тс  в определенном начальном положении (например, соответствующем атмосферному давлению). При включении напр жени  питани  усилителей 11, 12 в кольце автогенераторов, образованных усилител ми, излучающими 3 и приемными 4 ВШП, а также пьезоэлектрическими дисками 8, возникают колебани  на частотеIn the absence of a measured pressure, the piezoelectric discs 8 (Fig. 1), with a thickness not exceeding 1-1.7 mm and a diameter equal to the diameter of the aperture 7, are in a certain initial position (for example, corresponding to the atmospheric pressure). When the supply voltage of the amplifiers 11, 12 is turned on, in the ring of autogenerators formed by amplifiers emitting 3 and receiving 4 IDTs, as well as piezoelectric disks 8, oscillations occur at the frequency

f01 : где v СК°Р°СТЬ распространени  поверхности акустической волны (ПАВ); До - шаг электродов, к которым в данный момент соприкасаютс  электроды, нанесенные на пьезоэлектрические диски 8. Диски также должны располагатьс  симметрично относительно оси симметрии пластины 2, перпендикул рной оси глухого отверсти  7. При этом их начальное положение соответствует тому, что в линии задержки ЛЗ-1 и линии задержки Л 3- 2 рабочие частоты foi и fo2 равны (обуславливаетс  принципом симметрии). В этом случае результирующа  частота, соответствующа  величине измер емого давлени  Af 2,- fo2-foi, будет равна нулю. С точкиf01: where v CK ° P ° CUT of the acoustic wave surface (SAS) surface propagation; C is the step of the electrodes that are currently in contact with the electrodes deposited on the piezoelectric discs 8. The discs should also be located symmetrically with respect to the axis of symmetry of the plate 2, perpendicular to the axis of the blind hole 7. At the same time, their initial position corresponds to that in the delay line LZ -1 and delay lines L 3-2; the operating frequencies foi and fo2 are equal (due to the principle of symmetry). In this case, the resulting frequency corresponding to the measured pressure Af 2, - fo2-foi, will be zero. With a point

зрени  обеспечени  Af 2 0 месторасположение обоих дисков не принципиально.From the point of view of providing Af 2 0 the location of both disks is not critical.

Датчик работает следующим образом. При подаче измер емого давлени  во внутреннюю полость ЧЭ 1 происходит деформаци  мембранного блока. ЖесткийThe sensor works as follows. When a measured pressure is applied to the internal cavity of the FE 1, the membrane unit is deformed. Hard

центр его св зан со штоком 9, который  вл етс  направл ющей перемещени  и св зующим звеном между ЧЭ и пьезоэлектрическими дисками 8. Диски 8 под воздействием измер емого давлени  перемещаютс  вдоль глухогоits center is connected with the rod 9, which is the direction of movement and the connecting link between the SE and the piezoelectric disks 8. Under the influence of the measured pressure, the disks 8 move along the deaf

торцового отверсти  7. При этом автогенераторы , образованные соответствующими усилител ми 11, 12, излучающими и приемными 4 ВШП ЛАВ, а также пьезоэлектрическими дисками 8, измен ют частотуof the end opening 7. At the same time, the autogenerators, formed by the corresponding amplifiers 11, 12, radiating and receiving 4 IDT LAVs, and also piezoelectric disks 8, change the frequency

5 колебаний. Это происходит за счет перемещени  дисков 8 и контакта электродов 10, нанесенных на них в местах, свободных от контакта с пластиной 2, с новыми электродами излучающих ВШП 3. При этом шаг5 vibrations. This occurs due to the movement of the disks 8 and the contact of the electrodes 10 deposited on them in places free from contact with the plate 2 with the new electrodes emitting IDT 3. At this, the step

0 электродов, а следовательно, и частота ПАВ уже будут иными Благодар  топологии ВШП частота h одного автогенератора увеличиваетс , а частота другого f 1 - уменьшаетс . Поэтому на выходе датчика снимаетс 0 electrodes and, therefore, the frequency of the surfactant will already be different. Due to the topology of the IDT, the frequency h of one oscillator increases, and the frequency of the other f 1 decreases. Therefore, the sensor output is removed

5 сигнал Af 2 равный Af 5; Afa-fi5 signal Af 2 equal Af 5; Afa-fi

Изменени  этой частоты обуславливаетс  топологией ВШП 3. Конструкци  ВШП 4 выбрана из услови  выделени  необходимого сигнала из широкого диапазона частот At.Changes in this frequency are determined by the topology of the IDT 3. The design of IDT 4 is selected because of the selection of the necessary signal from a wide frequency range At.

0 Поэтому используетс  переменный шаг электродов ВШП 3, который увеличиваетс  к периферии пластины 2 по линии, перпендикул рной электродам преобразовател . При перемещении пьезоэлектрических дис5 ков 8 (фиг. 2} вдоль глухого торцового отверсти  7 пластины 2 измен етс  шаг, а следовательно, и частота ПАВ излучающих ВШП 3 и приемных ВШП 4. Частота измен етс  от значени , прин того за начальное0 Therefore, a variable pitch of the IDT electrodes 3 is used, which increases towards the periphery of the plate 2 along a line perpendicular to the transducer electrodes. When moving the piezoelectric disks 8 (Fig. 2} along the blind end hole 7 of the plate 2, the pitch changes, and consequently, the frequency of the surfactant emitting IDT 3 and receiving IDT 4. The frequency changes from the value taken as the initial

® при градуировке датчика, до установившегос . Следовательно, в автогенераторах устанавливаютс  колебани  с частотой, соответствующей пространственному шагу электродов излучающих ВШП 3. По измене5 нию частоты Af -Осуд т о величине измер емого давлени .® when calibrating the sensor, until settled. Consequently, oscillators are set in the oscillators with a frequency corresponding to the spatial step of the electrodes emitting IDT 3. By changing the frequency Af - Dissolved about the value of the measured pressure.

Расширение диапазона измер емых давлений происходит за счет того, что благодар  выбранной топологии излучающихExpansion of the range of measured pressures is due to the fact that, due to the selected topology of radiating

0 ВШП 3, можно существенно расширить частотный диапазон работы ВШП, пропорциональный измер емому давлению.0 IDT 3, it is possible to significantly expand the frequency range of IDT operation, proportional to the measured pressure.

Claims (1)

Формула изобретени  5 Датчик давлени , содержащий размещенный в корпусе манометрический чувствительный элемент и закрепленную в корпусе пьезоэлектрическую пластину, на поверхности которой расположены две пары преобразователей поверхностных акустических волн с излучающими и приемными встречно-штыревыми преобразовател ми , выполненными в виде гребенчатых электродов с основани ми, имеющих шаг, увеличивающийс  к периферии пьезоэлектрической пластины по линии , перпендикул рной к электродам, при этом встречно-штыревые преобразователи размещены по обе стороны от глухого отверсти , выполненного в пластине по оси ее симметрии со стороны торцовой части, обращенной к чувствительному элементу, который снабжен соединенным с ним штоком, на котором закреплены разнесенные друг относительно друга два пьезоэлектрических диска - первый и второй, расположенные в отверстии пластины с возможностью перемещени  вдоль него, причем диаметр отверсти  пластины равен диаметру дисков и превышает толщину пластины, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измер емых давлений, в нем основание одного из гребенчатых электродов.Claim 5 Pressure sensor containing a manometric sensitive element placed in a housing and a piezoelectric plate mounted on the housing, on the surface of which there are two pairs of surface acoustic wave transducers with radiating and receiving counter-pin transducers made in the form of comb-shaped electrodes with bases having a step increasing to the periphery of the piezoelectric plate along a line perpendicular to the electrodes, while the interdigital transducer Spruce trees are located on both sides of a blind hole, made in the plate along its axis of symmetry from the end part facing the sensing element, which is equipped with a rod connected to it, on which two piezoelectric discs, one and two separated from each other, are fixed the hole of the plate can be moved along it, the diameter of the hole of the plate being equal to the diameter of the disks and exceeding the thickness of the plate, characterized in that, in order to extend the range of the measured pressure minutes, therein the base of one of the comb electrodes. излучающих встречно-штыревых преобразователей выполнено с одной стороны глухого отверсти  пластины и заземлено, а электроды излучающих преобразователейemitting interdigital transducers are made on one side of the blind hole of the plate and grounded, and the electrodes of emitting transducers выполнены по другую сторону глухого отверсти  и расположены перпендикул рно к его оси, при этом на цилиндрическую поверхность пьезоэлектрических дисков, не соприкасающуюс  с пластиной, нанесеныmade on the other side of the blind hole and are located perpendicular to its axis, while on the cylindrical surface of the piezoelectric disks, which are not in contact with the plate, are applied электроды, которые выполнены шириной, равной ширине электродов излучающих встречно-штыревых преобразователей, причем электроды дисков с одной стороны контактируют с заземленными основани ми , а с другой стороны контактируют с электродами излучающих встречно-штыревых преобразователей, при этом пары преобразователей поверхностных акустических волн сориентированы на пьезоэлектрической пластине так, что приемный преобразователь одной пары расположен в зоне перемещени  первого диска, а приемный преобразователь другой пары расположен в зоне перемещени  второго диска.electrodes which are made equal to the width of the electrodes of the radiating interdigital transducers, the disk electrodes on one side in contact with grounded bases, and on the other side in contact with the electrodes of the radiating interdigital transducers, with a pair of surface acoustic wave transducers oriented on the piezoelectric plate so that the receiving transducer of one pair is located in the zone of movement of the first disk, and the receiving transducer of the other pair is located n in the zone of movement of the second disk. ФигЗFigz