Преобразователь перемещения и скорости объекта в дискретный электрический сигнал

 

Союз Советсиик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Iii) 881526 (61) Дополнительное к ввт. свмд-ву— (5!)М. Кл3 (22) Заявлено 2201,80 (21) 2873941/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Г1риоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

G 01 D 5/249

Опубликовано 1 1181, Бюллетень Н9 42

Дата опубликования описания 1 1181 (53) УДК 681. 34 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.Ф. Зарипов, И.Ю. Петрова, В.В. Попов и Е.A (71) Заявитель

Уфимский авиационный институт им. Орджоникид (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И СКОРОСТИ ОБЪЕКТА

В ДИСКРЕТНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ

Изобретение относится к систем к автоматического контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал, а именно к преобразователям перемещения и скорости в дискретный электрический сигнал.

Известны преобразователи перемещения или положения объекта, например устройство для измерения положения объекта, содержащее металл-диэлектрикполупроводниковую структуру, выполненную в виде полупроводниковой подложки со сформированн ми в ней областями истока и стока, и подвижного затвора, отделенного от подложки сло- 15 ем жидкого диэлектрика и связанного с контролируемым объектом, а также с источником сигналов управления постоянного тока (1).

Недостатками этого устройства яв- 20 ляются его ограниченная чувствитель- ность к микроперемещениям и невозможность измерять скорость движения объекта.

Наиболее близким техническим решением- к изобретению является устрой- . ство для измерения положения объекта, содержащее металл-диэлектрик-полупроводниковую структуру, выполненную в виде полупроводниковой подложки со сформированными в ней областями истока и стока, а также подвижного затвора, отделенного от подложки слоем жидкого диэлектрика, связанного с контролируемым объектом и с источником сигналов управления. Затвор выполнен в виде нескольких жестко соединенных между собой электродов переноса заряда, а источник сигналов управления выполнен импульсным с несколькими выходами, соединенными с соответствующими электродами затвора. Количества электродов каждой фазы одинаковы Ь 2 ).

Недостатками известного устройства являются его неспособность измерять скорость перемещения объекта, а также ограниченный диапазон измеряемых перемещений, так как он определяется длиной областей стока и истока, которые,в свою очередь, зависят от размеров полупроводниковой подложки.

Цель изобретения — расширение диапазона работы преобразователя перемещения и скорости в дискретный электрический сигнал.

Поставленная цель достигается эа счет того, что в преобразователь перемещения и скорости объекта в дискретный электрический сигнал, содер881526

t0

40 где

65 жащий полупроводниковую подложку, у одного торца которой расположен входной затвор и vcTQK с омическим контактом, соединенным через первый резистор с одним источником питания, у другого торца подложки расположен выходной затвор и сток с омическим контактом, соединенным с осциллографом и через второй резистор с другим источником питания, подвижную равномерную решетку электродов переноса зарядов и многофазный импульсный источник питания, введена неподвижная решетка электродов переноса заряда, расположенная в слое диэлектрика на подложке входным и выходным затворами, электроды подвижной решетки подключены к одной фазе многофаз ного источника питания, к другим фазам которого подключены электроды неподвижной решетки, количество электродов подвижной решетки превышает количест- 20 во электродов неподвижной решетки преобразователя.

На чертеже приведено схематичное изображение преобразователя. Схема преобразователя перемещения и скорос- 75 ти объекта в дискретный электрический сигнал содержит полупроводниковую подложку 1 с проводимостью п-типа,покрытую слоем диэлектрика 2,в котором. находятся поликремниевые электроды 3 и 4 переноса заряда, образующие неподвижную решетку. Перед электродами 3 и 4 переноса заряда расположен входной затвор 5, а после электродов 3 и 4 переноса заряда — выходной затвор 6. Перед входным затвором 5 в полупроводниковой подложке 1 расположена входная диффузионная область р-типа проводимости — исток 7 с омическим контактом 8, а после выходного затвора 6 — выходная диффузионная область р-. типа проводимости — сток 9 с омическим контактом 10. Подвижная равномерная решетка представляет собой последовательность электродов 11 переноса заряда, расположенных на ге- 45 тинаксовой пластине 12 параллельно друг другу и на одинаковом расстоянии (шаге) друг от. друга, которое равно

/ (, р, где — длина электорода переноса заряда, - расстояние между электродами 3 и 4. Количество электродов 11 решетки превышает количе-„ ство неподвижных электродов одной фа- зы (например, первой фазы) по крайней мере на единицу. Решетка выпол"- 55 иена с возможностью перемещения по слою жидкого глицерина 13, нанесенного на поверхность диэлектрика 2, и связана с движущимся. объектом, перемещение и скорость которого контролируются (на чертеже не показан) . Пере- d0 мощение решетки возможно вдоль последовательности неподвижных электродов 3 и 4.

Исток 7 подключен к одному источнику питания 14 через резистор 15.

Сток 9 подключен к одному источнику питания 16 через резистор 17. Электроды 3, 4 и 11 переноса заряда подключены к системе трехфазного импульсного источника питания, причем элек-. трод 3 к первой фазе ф<, электрод 4 подключены к третьей фазе Ф ;а электрод

11 — ко второй фазе Щ. Затвор. 5 подключен к источнику импульсного питания Ф,а затвор 6 к источнику импульсного питания Qs.

Выходные импульсы регистрируются сциллографом 18,соединенным со стоком

9 через контакт 10. устройство работает следующим образом.

При движении решетки слева направо по слою жидкости диэлектрика 13 электроды 11 решетки периодически занимают среднее положение между электродами 3 и 4. При этом под действием импульсных потенциалов ф — ф возникает под всеми электродами в йолупроводниковой подложке 1 последовательность потенциальных ям или обедненных областей, через которые передаются от истока 7 к стоку 9 пакеты зарядов.

Для этого, чтобы потенциальные ямы под подвижными электродами 11 были одинаковыми по глубине с потенциальными ямами неподвижными электродами

3 и 4, потенциал ф по абсолютной величине должен быть больше потенциалов ф и ф, так как толщина диэлектрика под электродами "1 больше толщины диэлектрика под электродами 3 и .4;

После передачи заряда к стоку 9 на нагрузке появляется пачка импульсон,которые регистрируются осциллографом 18.

При дальнейшем движении решетки по слою диэлектрика 13 электроды 11 смещаются от среднего положения и в полупроводнике под ними образуются ямы, ширина которых уменьшается по сравнению с потенциальными ямами под электродами 3 и 4, так как электроды 3 и 4 экранируют воздействие электродов 11 на подложку 1. В результате возникает потенциальный барьер между ямами под электродами 3 и 11. Заряды не могут перетечь из одной ямы в другую, и на стоке 9 не появляются импульсы напряжения. При дальнейшем движении электроды ll вновь занимают среднее положение между электродами

3 и 4 и на выходе преобразователя снова появляется пачка импульсов, регистрируемая осциллографом 18, и цикл. повторяется снова.

Измеряемое перемещение определится как и — количество пачек импульсов,определяемое по осциллографу 18"

88152б

n = (N-1) Ч=

Y 3L+0

+.:Г 18 (+

Составитель Б. Рыгалин ,Редактор Л. Повхан Техред A.Áàáèíåö КорректорЮ. екто Ю. Макаренко

Заказ 9940/63 Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 превышающее количество электродов

11 над количеством электродов одной фазы.

Диапазон измеряемых перемещений 5 увеличивается на И(ЪЬ t.2) мкм, если количество электродов 11 подвижной решетки превышает количество электроцов одной фазы на и электродов.

Скорость исследуемого объекта рав- о на

15 где t — временной интервал между пачками импульсов, измеряемый осциллографом 18; х — расстояние, пройденное решеткой между двумя последователь-Щ ными пачками импульсов.

Преобразователь можно выполнить двухфазным или четырехфазным.

Так как время впрыскивания заряда в потенциальную яму и передача его вдоль подложки от истока 7 к стоку 9 мало по сравнению с временем механического перемещения электродов, то предложенное устройство является безинер- О ционным.

Экономический эффект от использования предложенного технического решения обусловлен отмеченными выше его техническими преимуществами.

Уд

Формула изобретения

Преобразователь перемещения и скорбсти объекта в дискретный электрический сигнал, содержащий полупроводниковую подложку, у одного торца которой расположен входной затвор и исток .с омическим контактом соединенным через первый резистор с одним источником питания, у другого торца подломки расположен выходной затвор и сток с омическим контактом, соединенным с осциллографом и через второй резистор с другим источником питания, подвижную равномерную решетку электродов переноса зарядов и многофазный импульсный источник питания,отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона работы преобразователя, в него введена неподвижная решетка электродов переноса зарядов, расположенная в слое диэлектрика на подложке между входнымии выходным затвором и электроды подвижной решетки подключены к одной фазе многофазного источника питания, к другим фазам которого подключены электроды неподвижной решетки, количество электродов подвижной решетки, превышает количество электродов неподвижной решетки преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 o6b9U6, кл. G 08 9/04, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2514548,кл.G 08 С 9/04, 1977 (прототип).