Вибрационно-частотный преобразователь усилий

 

п9) ЩД <и) (ЯЦЕК G01Ll 22 НОЗН9 00

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам . ИОЩJsg

Опислние изокреткн а — -. -.

К ПАТЕНТУ и а

4vs1, (21) 4925230/10 (22) 04.04.91 (46) 15.11.93 Бюл. Ня 41-42 (75) Заседателев С.М.; Заседателев B.Ñ„Êóðåíêîâ

В.В„Шелковый О.B. (73) Заседателев Владимир Сергеевич (54) ВИБРАЦИОННО-ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ (57) Использование: в качестве чувствительного элемента частотных датчиков силы, давления и ускорения. Сущность изобретения: преобразователь усилий содержит пластину 1, выполненную в опорной рамке 2 из монокристаллического материала

Толщина рамки 2 больше толщины пластины 1. В пластине 1 выполнены две пары сквозных параллельных.прорезей 4, 6. Каждая пара прорезей 4, 6 симметрична продольной оси пластины f. Прорезями 4 ограничен средний участок пластины 1, а между прорезями 4, 6 расположены боковые ее участки

5. С соответствующими контактными площадками

8, размещенными вне пластины 1 на опорной рамке

2, соединены электроды возбуждения 9, 10 среднего участка пластины 1, электроды возбуждения

1-1, 12 боковых участков 5 пластины 1 и тензометрический мост 7, ратяоложенный симметрично продолькой оси пластины 1. Электроды возбуждения

9, 10, 11, 12 связаны с элементами возбуждения колебаний. Частота собственных изгибных колебаний боковых участков 5 пластины 1 и ее центрального участка-равны между собой 2 ил.

2003063

Изобретение относится к иэмеритель««о-информационной технике, в частности, можаT быть использовано в качестве чувств«1тельного элемента (резонэтора) частот««ых датчиков силы, давления, ускорения и др

Известен вибрационно-частотный преобразователь усилий, содержащий пласти««у, образованную в опорной рамке двумя прорезями, параллельными его продольной оси, и выполненный эа одно целое с элементами крепления иэ монокристаллического материала. На пластине расположены элементы возбуждения колебаний (нагревательные резисторы, элементы Пельтье, пьезоэлементы и др.), соединенные с электродами возбуждения, и тензометрический

r«îñT, соединенный с электродами съема колсбаний.

К недостаткам известного преобразователя относится некоторая потеря энергии колебаний вблизи концов крепления пластины и как.следствие этого ограниченная добротность резонатора и, соответственно, точность преобразователя, Цель изобретения — повышение точности преобразователя за счет увеличения добротности резонатора колебаний.

Для этого пластина резонатора состоит из трех параллельных участков, имеющих одинаковую собстоенну«о частоту колебаний, но при этом, средний участок пластины колеблется о противофазе с синфэзно колобгнощимися крайними участками пластины, отделенными от среднего сквозными и ро резя ми.

На фиг.1 представлен один из конструкт««оных вариантов вибрационно-частотного преобразователя усилий; на фиг.2 — разрез

А-А на фиг.1.

Преобразователь содержит пластину,1, образованную в опорной рамке 2 углублением 3, Средний участок пластины 1 образован сквозными прорезями 4. а двэ боковых участка 5 пластины образованы сквозными прорезями 4 и 6. Тензометрический мост 7, соединенный с контактными площадками 8, расположен нэ пластине 1 вблизи концов крепления среднего участка резонатора.

Полуп рооодникооый слой (одного типа проводимости) соединяет попарно электроды возбуждения 9 и 10 на среднем участке пластины 1, а также — электроды возбуждения

11 и 12 на боковых участках 5.

Преобразователь усилий работает следующим образом.

Опорная рамка 2, облэда«ощая упруги ли свойствами, закреплейа нэ объекте измерения (закрепление опорной рамки на

"0 фиг. показано в виде штриховки). При пропускании через электроды 9 и 10 импульсного тока с частотой следования импульсов, равной собственной частоте колебаний участка 5 пластины резонатора, создаетсл переменный градиент температуры о направлении, перпендикулярном плоскости пластины резонатора, а возникающие при этом термоупругие напряжения вызывают периодический изгиб среднего участка пла20 стины 1 резонатора. С той же частотой подоодимый к электродам 11 и 12 через параллельные боковые участки 5 пластины ток обратной полярности приводит к синх. ронному изгибу этих участков пластины о

2 -> направлении, обратном изгибу среднего участка пластины 1. При приложении к опорной рамке 2 поперечных усилий или момента (направление показано стрелкой на фиг.) деформируется резонатор, состоящий из

30 среднего участка и дополнительных боковых участков 5 пластины, что вызывает изменение их собственной частоты. В качестве детектора колебаний используется тензометрический мост 7, частотный сигнал

35 которого пропорционален действующему усилию.

Поскольку энергия колебаний резонатора, практически не затухая в местах его крепления, замыкается в едином колеба40 тельном контуре через боковые участки 5 пластины, добротность образованного замкнутого резонатора выше (как в колебательном контуре или камероне), че, в случае колебаний резонатора, состоящего только

"5 из одной пластины.

Таким образом, с повышением добротности резонатора колебаний улучшается точность преобразователя, (56) Авторское свидетельство СССР

50 М 576518, кл. G 01 L 1(10, 2003063

Составитель В. Заседателев

Редактор Н, Сильнягина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Козориз

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3229

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ф о р мул а изобретен и я

ВИБРАЦИОННО-ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ, содержащий пластину, выполненную в опорной рамке из монокристаллического материала, толщина которой больше толщины пластины, две сквозные параллельные прорези, выполненные в пластине симметрично ее продольной оси, электроды возбуждения, соединенные с элементами возбуждения колебаний, расположенными на пластине, тензометрический мост, расположенный симметрично продольной оси пластины, и размещенные вне пластины на опорной рамке контактные площадки, соединенные с соответствующими выводами электродов возбуждения и тензометрического моста, отличающийся тем, что, с целью повышния точности, он снабжен дополнительными контактными площадками, электродами возбуждения и элементами возбуждения колебаний, а в пластине выполнены две

5:,дополнительные сквозные параллельные прорези, симметричные отн ".ительно ее продольной оси, ограничивающие совместно с первой парой сквозных параллельных прорезей боковые участки пластины, на ко10 торых размещены соответствующие дополнительные электроды, соединенныв с соответствующими дополнительными элементами возбуждения колебаний и контактными площадками, при этом частоты

15 собственных изгибных колебаний боковых участков пластины и ее центрального участка, расположенного между первой парой сквозных параллельных прорезей. равны между собой.