рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Принципы построения измерительных преобразователей на поверхностно-акустических волнах

Принципы построения измерительных преобразователей на поверхностно-акустических волнах - Конспект Лекций, раздел Физика, Динамика сложных реальных ПИП Принципы Построения Измерительных Преобразователей На Поверхностно-Акустическ...

Принципы построения измерительных преобразователей на поверхностно-акустических волнах.

Схематически конструкцию измерительного преобразователя на ПАВ можно представить в следующем виде ВШП - встречно-штыревой преобразователь. ВШП представляет собой систему из двух вложенных в друг друга гребёнок, проводящих электроны. С их помощью осуществляется как прямое преобразование электрического сигнала в акустические волны, так и обратное преобразование этих волн в электрический сигнал.

Скорость ПАВ составляет 3000 м с, длина волны - 10 мкм. Апертура преобразователя - 1-2 мкм. Основное применение эта структура находит в системе передачи и обработки информации. Можно использовать как частотный фильтр, модулирующий и демоделирующий элемент. Скорость распределения волны и соответственно задержка сигнала зависит от влияния внешних факторов, таких как температура, давление, влага, радиация и т.д. Используя эти эффекты можно создать измерительный преобразователь соответственной физической величины. Рассмотрим принцип действия датчика температуры на основе этой структуры Тепловое воздействие в этом устройстве проявляется в виде теплового расширения материала подложки.

Вследствие чего изменение длины акустической волны и значение упругих постоянных определяет скорость ПАВ. Оба эффекта определяет значение температурного коэффициента задержки ТКЗ . 1 где -время задержки. где -скорость ПАВ. Дифференцируя 1 и подставляя, получим где ТКР - температурный коэффициент расширения для заданного направления.

ТКС - температурный коэффициент расширения скорости. Следовательно, ТКЗ не зависит от длины L. Обычно относительное изменение времени невелико и зависимость Т - линейная, поэтому ТКЗ практически постоянное, т.е. не зависит от температуры. Для характерного материала ниобата лития ТКЗ 94 10-6 1 С. Относительное изменение времени задержки от температуры будет иметь вид При изготовлении измерительных преобразователей практический интерес представляет зависимость амплитуды и фазы сигнала от измеряемого параметра.

Найдём эту зависимость. Допустим, что температура преобразователя изменяется от Т1 до Т2 и соответственно задержка сигнала изменяется от 1 до 2. Запишем 2 в виде где - малая величина. Изменение времени задержки можно представить как изменение масштаба времени. Пусть и - амплитудно-частотная характеристика и фазо-частотная характеристика при температуре Т1. Найдём вид АЧХ и ФЧХ при температуре Т2. Таким образом изменяется частота на выходе преобразователя Имеем преобразователь с частотным выходом.

Складывая частоты входного и выходного сигналов с помощью квадратичного детектора, выделим частоту биений. Эта частота будет пропорциональна разности температур. Рассмотрим принцип действия датчика давления на основе данной структуры. Время задержки акустической волны можно изменять с помощью механического напряжения. Деформация подложки приводит к изменению не только длины пути, но и скорости распространения ПАВ. 1 Представим, что акустическая волна - плоская гармоническая волна Если расстояние между входным и выходным ВШП L, то получим Разность фаз входного и выходного сигналов сравним в один и тот же момент времени.

Под влиянием механического напряжения меняется скорость и длина. Логарифмируя и дифференцируя, получим Изменение скорости ПАВ зависит от нескольких причин - изменение модуля упругости под действием деформации - изменение плотности деформируемого вещества.

Оказывается, что изменение плотности материала мало, а эффекты, обусловленные изменением модуля упругости и наличием напряжения, компенсируют друг друга. У материалов ниобата лития изменение фазы и задержки сигнала под действием напряжения обусловлены только деформацией материала. При использовании влияние температуры и деформации на амплитуду, фазу и время задержки сигнала в устройствах на ПАВ возможно создание датчиков температуры и давления. 7 Тензодатчики Основным элементом тензодатчика является тензорезистор. Они наилучшим образом удовлетворяют критерию стоимость-эффективность.

Основными характеристиками этих преобразователей являются 1 Температурная и временная стабильность. 2 Погрешность измерения деформации, которая не должна превышать в диапазоне . 3 Длина и ширина датчика должны быть достаточно малы для адекватного измерения деформации в точке. 4 Инерционность датчика должна быть мала для регистрации высоких частот динамических процессов. 5 Линейность отклика датчика в пределах всего диапазона. 6 Экономичность датчика и сопряженных с ним устройств. 7 Минимальные требования к квалификации обслуживающего персонала для установки и проведения измерений.

Тензорезисторы широко используются в качестве чувствительного элемента, датчиков для измерения сил, давления. На тензоэффект впервые обратил внимание Кельвин в 1856 году. Проволочные тензодатчики были вытеснены фольгованными. Полупроводниковые тензодатчики были получены в результате побочного исследования.

Они получили распространение в 60-е годы. Фольговые датчики характеризуются предельной деформацией 5 . 7.1 Тензочувствительность Рассмотрим область упругих деформаций. Взаимосвязь между 1 где S - поперечное сечение. Тензочувствительность это параметр, который определяется как 2 Продифференцируем и прологарифмируем формулу 2 , получим Рассмотрим круглый проводник где -коэффициент Пуассона. 3 В области пластической деформации поэтому выражение 1 выразим через объем 4 Продифференцируем и прологарифмируем формулу 4 считая, что плотность постоянная, получим 5 6 Формула 6 применяется, когда пластические деформации невелики. Когда пластические деформации большие 7 где - относительная деформация.

SR - линейно зависит от. Формулой 7 пользуются широко, но она в экспериментальной проверке. 7.2 Материалы, наиболее используемые в тензодатчиках Материал Состав, SR в области упругой деформации Кокстантант 45Ni,55Cu 2,1 Карма 74Ni,20Cr,3Al,3Fe 2,0 Изоэластик 36Ni,8Cr,0.5Mo,55.5Fe 3,6 Нихром V 80Ni,20Cr 2,1 Платиновольфрам 92Pt,8W 4,0 Армюр Д 70Fe,20Cr,10Al 2,0 Физика изменения удельного сопротивления при деформации материала деформация материалов связана с деформацией решётки. При этом изменяется положение уровня Ферми, что сказывается на концентрации свободных электронов.

В полупроводниках составляющая тензодатчика, связанная с оказывается преобладающей и величиной 1,6 пренебрегают. Особенности материалов 1 Константан - используется в большинстве тензодатчиков, благодаря неизменности тензочувствительности и отсутствию существенных изменений при переходе от упругих деформаций к пластическим.

Он обладает высоким удельным сопротивлением и температурной стабильностью. 2 Сплав карма - по сравнению с константаном обладает рядом преимуществ - может быть скомпенсирован температурно в более широком диапазоне температур - никеле-хромовая основа сплава обеспечивает тензодатчикам более высокие усталостные характеристики - сплав проявляет более высокую временную стабильность, а, следовательно, предпочтителен при измерении статических деформаций на протяжении длительного времени от нескольких месяцев до нескольких лет Недостаток Трудность пайки выводных проводников к контактным площадкам датчика. 3 Изоластик - обладает высокой тензочувствительностью и наиболее высокими усталостными характеристиками, однако он исключительно чувствителен к температуре, а, следовательно, его сфера применения ограничена или динамическими измерениями, или статическими, при которых нестабильность, связанная с температурой, не имеет значения. 4 Нихром V, платиновольфрам, армюр Д Применяют в узкоспециальных приложениях, связанных с высокими температурами, при которых приобретают существенное значение устойчивости к окислительным процессам. 7.3

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Динамика сложных реальных ПИП

При этом будем считать, что 1 подвижная система перемещается строго вдоль вертикали и вместе с катушкой является абсолютно жёсткой 2 механические… Поскольку система масса-сопротивление является линейной системой, запишем… Система может быть записана уравнением 3-го порядка имеет 1.5 степени свободы . y, i ? где , Это уравнение движения…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Принципы построения измерительных преобразователей на поверхностно-акустических волнах

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Динамика систем с двумя степенями свободы
Динамика систем с двумя степенями свободы. Поскольку действует гармоническая сила, то где х1 и х2 - спектральные амплитуды. Дифференцируя, получим систему Если 2 0, то резонанс имеем на частоте 2 х

Коррекция частотных характеристик и нелинейности измерительных преобразователей
Коррекция частотных характеристик и нелинейности измерительных преобразователей. Последовательная коррекция y S1x y S1S2x Sрез S1S2 Рассмотрим простейший пример. Пусть имеем следующее звено Рассмот

Параллельная коррекция
Параллельная коррекция. а Охватим усилитель отрицательной обратной связью Предположим, что KS 1 тогда S S1 K0 1 const т.е. получили идеальный измерительный преобразователь. Зависимость чувствительн

Подавление резонанса в цепях с ООС. Холодное демпфирование
Подавление резонанса в цепях с ООС. Холодное демпфирование. Стандартный приём подавления резонансных всплесков заключается во введении демпфирования трения. Например, в электрический колебат

Резонансный ПИП
Резонансный ПИП. Речь идёт об измерении перемещения одной пластины конденсатора относительно другой. Простейшая электрическая схема представлена на рисунке. Расстояние d0 соответствует ёмкости С0.

Нерезонансный ёмкостной датчик перемещения
Нерезонансный ёмкостной датчик перемещения. Электромеханическая модель. Упрощённая схема Уравнение для механической части имеет вид Необходимо найти Fэл. или В нашем случае z зависит только от с. В

Растяжение и сжатие без потери устойчивости стержней
Растяжение и сжатие без потери устойчивости стержней. Будем рассматривать стержни постоянного поперечного сечения анизотропные тела . 1 Прямоугольный стержень 1, 2, 3 -относительная деформация. где

Кручение стержней
Кручение стержней. Под действием момента M стержень провернулся на угол . где IР - полярный момент инерции поперечного сечения. 1 Сплошной цилиндр 2 Трубка Тонкостенная трубка 3 Эллиптическое сечен

Прогибы стержней балок
Прогибы стержней балок. Свободно-опираемые балки а балка с равномерно распределённой нагрузкой Всё упругое противодействие балки внешнему воздействию заключается в возникновении изгибной деформации

Изгиб стержней под действием продольных сжимаемых сил. Устойчивость стержней
Изгиб стержней под действием продольных сжимаемых сил. Устойчивость стержней. Имеется стержень, на который с двух сторон действуют силы. Допустим, что он согнулся. Момент силы, изгибающей ст

Растяжки и подвесы
Растяжки и подвесы. В первом случае можно говорить о крутильной жесткости вдоль оси. Во втором случаи можно говорить о крутильной жесткости вокруг перпендикулярной оси. В третьем случаи можно говор

Плоская мембрана в области малых перемещений
Плоская мембрана в области малых перемещений. Пусть мы имеем круглую пластину радиусом R и толщиной h, заземленную по контуру. где Р - нагруженное давление - деформация мембраны. Рассмотрим

Диафрагма с жестким центром
Диафрагма с жестким центром. Будем говорить о защемлённой диафрагме. Если действует сосредоточенная сила, то Эта формула вызывает большое сомнение так, как Введем понятие для мембран эффективная пл

Большие деформации мембран
Большие деформации мембран. Большими деформациями будем считать деформации, при которых. Теоретически деформации считаются малыми, если. В этом случаи мембрану рассматривают как абсолютно гибкую, п

Свободное продольное колебание стержней
Свободное продольное колебание стержней. В момент времени t 0 рассмотрим элемент стержня ab. Координаты a x, b x dx. Элемент а переместится на расстояние u. В процессе движения элемент деформируетс

Продольные колебания стержней с грузом на конце
Продольные колебания стержней с грузом на конце. Стандартное уравнение движения для груза Подставляем и получаем 1 Решение уравнения будет иметь вид 2 Подставляя 2 в 1 , получим 3 Е разделим и умно

Свободное поперечное колебание стержня
Свободное поперечное колебание стержня. Получим уравнение для колебания поперечного стержня. Предположим, что стержень изогнулся следующим образом Выделим какую-то часть, которая находится на расст

Предельные возможности механических упругих элементов
Предельные возможности механических упругих элементов. Погрешность упругого измерительного преобразователя, прежде всего, определяется свойствами материала. Например, даже для лучших упругих

Преимущества частотных измерительных приборов
Преимущества частотных измерительных приборов. В настоящее время предполагают использовать измерительные приборы с частотным выходным сигналом вместо традиционных измерительных приборов с ам

Принцип действия струнных измерительных приборов
Принцип действия струнных измерительных приборов. Струна представляет собой высокодобротную механическую колебательную систему с линейно-распределёнными параметрами, собственная частота поперечных

Струнный ПИП для измерения сил режим измерения силы
Струнный ПИП для измерения сил режим измерения силы. Струнный ПИП для преобразования малых усилий в частоту может не иметь предварительных преобразователей. В этом случаи измеряемая сила F может бы

Струнный ПИП для измерения деформаций
Струнный ПИП для измерения деформаций. Рассмотрим пример используемого струнного ПИП как элемента тензометра. Предположим, что у нас имеется деформируемая балка, которую растягивают какими-либо уси

Температурные погрешности струнных ПИП в режиме изменения силы и деформации
Температурные погрешности струнных ПИП в режиме изменения силы и деформации. В режиме измерения силы При измерении температуры меняется l. 1 В режиме измерения деформации Интегрируя и дифференцируя

Структурные схемы струнных ПИП
Структурные схемы струнных ПИП. В большинстве случаев струны ПИП используются как резонатор, охваченный положительной обратной связью. х - измеряемая физическая величина ПП - первичный преобразоват

Конструкции измерительных преобразователей с одной струной
Конструкции измерительных преобразователей с одной струной. ПИП для измерения массы и малых усилий. 1 - корпус 2 - струна 3 - поперечные растяжки, ограничивающие боковое сечение груза 4. 4 - груз 5

Методы линеаризации функции преобразования
Методы линеаризации функции преобразования. Погрешность от нелинейности Следовательно, Из этого уравнения следует следующие методы линеаризации 1 Уменьшение частоты f0. Но этот путь мало использует

Конструкции датчиков
Конструкции датчиков. Конфигурация Тензодатчики, как правило, приклеиваемые, состоят из - элемента чувствительного к деформации - тонкой плёнки, которая является изолятором и несущей основой для чу

Тарировка тензодатчиков
Тарировка тензодатчиков. Тензочувствительность была определена для однородного проводника. Когда проводнику придается форма решётки, датчик становится чувствительным к поперечной деформации. 1 где

Основные характеристики фольговых тензодатчиков
Основные характеристики фольговых тензодатчиков. Сопротивление датчика измеряется с погрешностью в пределах 0,4 . Тогда как допустимая погрешность тензочувствительности Sд, которая измеряется в пар

Циклическое деформирование тензодатчиков
Циклическое деформирование тензодатчиков. Оценка функционирования тензоизмерительной системы датчик, клей и средство измерения включает рассмотрение линейности, гистерезиса и изменения начального с

Эффект подкрепления
Эффект подкрепления. Это влияние тензодатчика на исследуемую деталь. Если толщина конструкции в месте крепления тензодатчика существенно превышает его толщину, то при исследовании металлических кон

Двупроводниковые тензодатчики
Двупроводниковые тензодатчики. Тензорезистивные свойства полупроводникового кремния и германия были обнаружены в 1959 году. В 1960 году началось серийное производство полупроводниковых тензодатчико

Влияние температуры на полупроводниковый тензодатчик
Влияние температуры на полупроводниковый тензодатчик. Тензочувствительность низколегированный полупроводниковых материалов концентрация n1019 атом см3 - концентрация примеси зависит как от температ

Линейность полупроводниковых тензодатчиков
Линейность полупроводниковых тензодатчиков. Тензоэлектрические материалы с низкой концентрацией легированной примеси обладают существенной нелинейностью. При концентрации примеси от 1019 до

Волоконно-оптические датчики
Волоконно-оптические датчики. Исследования, связанные с применением волоконно-оптических датчиков для измерения перемещения, акустического давления, магнитных полей, ускорений, деформаций, начались

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги