SU777495A2 - Device for measuring mechanical values - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  механических величин, например усилий.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure mechanical quantities, such as forces.

В основном изобретении по авт. св. № 540162 описано устройство дл  измерени  механических величин, в котором измер ема  механическа  величина воздействует на пьезоэлектрический резонатор, измен   частоту его колебаний . Дл  улучшени  динамических характеристик этого устройства в нем на пьезоэлектрические резонаторы нанесены дополнительные электроды , к которым Б случае возникновени  паразитных изгибных колебаний с помощью цепи обратной св зи, состо щей из последовательно включенных преобразовател  частоты в аналог, корректирующего четырехполюсника и усилител , подаетс  напр жение , завис щее от амплитуды и частоты изгибных колебаний резонаторов, обеспечива  подавление паразитных колебаний .In the main invention of auth. St. No. 540162 describes a device for measuring mechanical quantities in which the measured mechanical quantity acts on a piezoelectric resonator by changing its oscillation frequency. To improve the dynamic characteristics of this device, additional electrodes are applied to the piezoelectric resonators, to which, when parasitic bending oscillations occur, a voltage is applied via a feedback circuit consisting of a series-connected frequency converter to analog, a correcting quadrupole and amplifier. from the amplitude and frequency of bending oscillations of the resonators, providing the suppression of parasitic oscillations.

Однако в этом устройстве при применении пьезоматериалов с малым коэффициентом электромеханической св зи дл  эффективной коррекции динамических характеристик необходимо высокое напр жение усилител , соединенного с дополнительными электродами на пьезорезонаторах.However, when using piezomaterials with a low electromechanical coupling coefficient, this device requires a high voltage amplifier connected to additional electrodes on the piezoresonator to effectively correct the dynamic characteristics.

Целью изобретени   вл етс  улучшение динамических характеристик устройства дл  измерени  механических величин. Достигаетс  это тем, что в него введены два варикапа, включенные последовательно с пьезоэлектрическими резонаторами , и усилитель с двум  противофазными выходами, каждый из которых подключен к соответствующему варикапу, и входом,The aim of the invention is to improve the dynamic characteristics of a device for measuring mechanical quantities. This is achieved by the fact that two varicaps, connected in series with piezoelectric resonators, and an amplifier with two antiphase outputs, each of which is connected to a corresponding varicap, and an input

10 подключенным к корректирующей цепи.10 connected to a correction circuit.

Такое включение позвол ет электрическим напр жением, возникающим на выходе усилител , подключенного к варикапам , так изменить емкость варикапов,Such an inclusion allows the electrical voltage arising at the output of the amplifier connected to the varicap to alter the capacitance of the varicap,

15 включенных последовательно с пьезорезонаторами в авто генераторные схемы, что в сигнале на выходе подавл етс  паразитна  модул ци , вызванна  резонансными колебани ми изгиба пьезорезонаторов.15 connected in series with piezoresonators in autogenerator circuits, which in the output signal suppresses parasitic modulation caused by resonant oscillations of bending of piezoresonators.

20 На фиг. 1 представлена конструкци  чувствительного элемента устройства дл  измерени  механических величин; на фиг. 2- электрическа  блок-схема.20 In FIG. 1 shows the structure of a sensitive element of a device for measuring mechanical quantities; in fig. 2 is an electrical block diagram.

Чувствительный элемент содержит дваThe sensing element contains two

25 пьезоэлемента 1 и 2, на которые нанесены провод щие электроды, образующие резонаторы 3 и 4. Пьезоэлементы с одного кра  консольно закреплены с основанием 5, а свободные концы пьезоэлементов жестко25 piezoelectric elements 1 and 2, on which conductive electrodes are applied, forming resonators 3 and 4. Piezo elements from one edge cantileverly fixed with base 5, and free ends of piezoelectric elements rigidly

30 св заны перемычкой 6.30 are connected by a jumper 6.

На пьезоэлементы нанесены электроды 7, Т и 8, 8. Резонаторы включены в качестве частотнозадающих элементов в автогенераторы 9 и 10, а выходы автогенераторов нодключены к блоку 11 формировани  разностной частоты. Выход схемы формировани  разностной частоты соединен с входом преобразовател  частоты в аналог 12, а к выходу преобразовател  подключены последовательно соединенные корректирующа  цепь 13 и усилитель 14. Выход усилител  подключен к электродам, а электроды соединены с земл ной шиной. Выход корректирующей цепи также соединен с усилителем 15, имеющим два противофазных выхода. Выходы усилител  15 подключены к варикапам 16 и 17.Electrodes 7, T and 8, 8 are applied to the piezoelectric elements. The resonators are included as frequency-setting elements in the oscillators 9 and 10, and the outputs of the oscillators are connected to the differential-frequency forming unit 11. The output of the differential frequency shaping circuit is connected to the input of a frequency converter into analogue 12, and serially connected correction circuit 13 and amplifier 14 are connected to the output of the converter. The amplifier output is connected to electrodes and electrodes are connected to ground bus. The output of the correction circuit is also connected to an amplifier 15 having two anti-phase outputs. The outputs of the amplifier 15 are connected to the varicaps 16 and 17.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Под действием измер емого механического воздействи , например силы, деформируютс  пьезоэлементы 1 и 2, при этом происходит изменение частот пьезоэлектрических резонаторов 3 и 4, что приводит к аналогичному изменению частот автогенераторов 9 и 10. Блок 11 формирует на выходе сигнал разностной частоты автогенератора . В установившемс  режиме разностна  частота пропорциональна измер емой механической величине. В случае изгибных колебаний консоли из-за высокой добротности колебательной системы врем  ее успокоени   вл етс  большим. Так как возникающие в этом случае деформации в пьезоэлементах 1 и 2 идентичны деформадн м , возникающим при подаче электрических напр жений на электроды 7, Т и 8, 8, то, формиру  в цепи обратной св зи электрическое напр жение, завис щее от амплитуды и частоты собственных изгибных колебаний консоли, можно, подава  его на электроды 7, Т и 8, 8, обеспечить подавле777495Piezoelectric elements 1 and 2 are deformed under the action of the measured mechanical effect, for example, forces, and the frequencies of the piezoelectric resonators 3 and 4 change, which leads to a similar change in the frequencies of the autogenerators 9 and 10. The output signal from the generator 11 is the difference frequency of the autogenerator. In the steady state, the difference frequency is proportional to the measured mechanical value. In the case of bending vibrations of the cantilever, due to the high Q of the vibrating system, its calming time is long. Since the deformations that occur in this case in piezoelectric elements 1 and 2 are identical to the deformations that occur when electrical voltages are applied to the electrodes 7, T and 8, 8, they form an electrical voltage in the feedback circuit that depends on the amplitude and frequency own bending vibrations of the console, it is possible, by applying it to the electrodes 7, T and 8, 8, to provide suppression of 777495

ние паразитных колебаний, а соответствующий выбор параметров корректирующего четырехполюсника позвол ет проводить коррекцию его динамических характеристик .parasitic oscillations, and the appropriate choice of the parameters of the corrective quadrupole allows correction of its dynamic characteristics.

Одновременно напр жение с корректирующей цепи 13 подаетс  на усилитель 15. Последний на своих выходах выдаст противофазные напр жени , которые подаютс  на варикапы 16 и 17. В случае возникновени  паразитных колебаний в системе на частоте механического резонанса изгиба напр жени , возникающие на выходах усилител  15, измен ют емкости варикапов, включенные последовательно с пьезорезонаторами в схему автогенератора. Изменение емкостей варикапов приводит к такому изменению частоты автогенераторов, что в сигнале на выходе блока И подавл етс  паразитна  модул ци , вызванна  резонансными колебаци ми изгиба консоли,что также улучшает динамические характеристики устройства.At the same time, the voltage from the correction circuit 13 is applied to the amplifier 15. The latter at its outputs will produce antiphase voltages that are applied to the varicaps 16 and 17. In the event of parasitic oscillations in the system at the frequency of the mechanical resonance of the voltage bending at the outputs of the amplifier 15, Varicap capacitors are connected in series with piezoresonators in the oscillator circuit. A change in the capacitances of the varicaps leads to a change in the frequency of the oscillators, which in the signal at the output of the block I suppresses the parasitic modulation caused by the resonant oscillations of the console bend, which also improves the dynamic characteristics of the device.

Claims (1)

1. Авторское свидетельство 1. Copyright certificate СССР № 540162, кл. G OIL 1/16, 29.10.75.USSR number 540162, cl. G OIL 1/16, 10/29/75. д  Дd d Лл/w Ll / w