DOI: https://doi.org/10.20535/2312-1807.2017.22.4.103976

Акустоелектронний перетворювач кутової швидкості

Mykola Fedorovych Zhovnir

Анотація


Запропонований і теоретично обгрунтований метод вимірювання кутової швидкості об’єкта  з використанням ефекту Доплера при поширенні в кільцевому п’єзоелектричному хвилеводі поверхневих акустичних хвиль (ПАХ), що приймаються рухомим в електричному полі ПАХ – приймачем.

Приведені функціональна схема та оцінка потенційних метрологічних параметрів акустоелектронного перетворювача кутової швидкості, яка показує його переваги у порівнянні з традиційними перетворювачами (тахогенераторами, магнітоелектричними, електромагнітними та фотоелектричними перетворювачами, волоконно-оптичними перетворювачами на основі ефекту Саньяка, перетворювачами на основі ефекту Холла).

При частоті задавального генератора  30 МГц та радіусі кільцевого п’єзоелектричного хвилеводу 10 мм потенційна роздільна здатність  акустоелектронного перетворювача швидкості менше 1 об/хв. в динамічному діапазоні до 30000 об/хв. і більше.

Теоретичні співвідношення та результати чисельних розрахунків дозволяють обгрунтовувати конструктивні та електричні параметри в залежності від заданих метрологічних характеристик перетворювача кутової швидкості.

Бібл. 24, рис.4.


Ключові слова


поверхнева акустична хвиля (ПАХ); перетворювач кутової швидкості; п’єзоелектричний хвилевід; ефект До-плера; зустрічно-штировий перетворювач

Повний текст:

PDF

Посилання


V. V. Krivenkov, Avtomaticheskiy kontrol i poverka preobrazovateley uglovyih i lineynyih velichin [Automatic control and verification of transducers of angular and linear quantities], Leningrad: Mashynostroenye, 1986, p. 247.

V. G. Domrachev; V. R. Matveevskiy; Yu. S. Smirnov, Shemotehnika tsifrovyih preobrazovateley peremescheniy: Spravochnoe posobie [Circuitry of digital displacement transducers: A Guidebook], Moscow: Energoatomizdat, 1987, p. 392.

M. Y. Yukish; V. V. Kuharchuk; Y. Y. BIlInskiy, Optiko-elektronni zasobi kontrolyu parametriv obertalnogo ruhu na osnovi metodu prostorovoyi modulyatsiyi [Optoelectronic devices for controlling the parameters of rotational motion based on the method of spatial modulation], Vinnitsa: VNTU, 2009, p. 138.

P. F. Polyakov; V. A. Horunzhiy; V. P. Polyakov, Akustoelektronika. Fiziko-tehnologicheskie osnovyi i primenenie: Sprav. posobie: V 2 t. [Acoustoelectronics. Physical and technological basis and application: Ref. Allowance: 2 t.], vol. 1, Kharkiv: "SMIT company" ltd, 2007, p. 552.

M. F. Zhovnir; M. G. Chernyak; D. V. Chernenko; L. M. Sheremet, ««VimIryuvalnI peretvoryuvachI fIzichnih velichin na poverhnevih akustichnih hvilyah [Measuring transducers of physical quantities on surface acoustic waves],» Electronics and Communications, vol. 16, no. 1 (60), pp. 153-157, 2011.

Y. I. Lepih, «Datchik davleniya s tenzochuvstvitelnyim preobrazovatelem na poverhnostnyih akusticheskih volnah [Pressure sensor with strain-sensitive transducer on surface acoustic waves],» Tekhnolohyya y konstruyrovanye v elektronnoy aparature, no. 3, pp. 53-54, 2004.

A. Zbrutsky; N. Chernyak; G. Skripkovsky, "Creation of low cost linear accelerometers for navigation and control systems," in Symposium Gyro Technology, 2005.

O. M. Bondarenko; O. V. Kaznadiy, «GIroskopichni efekti v pasivnih mikroelektronnih datchikah kutovoyi shvidkosti [Gyroscopic effects in passive microelectronic angular velocity sensors],» Datchyky y systemy, no. 6, pp. 59-65, 2001.

V. Kalinin; R. Lohr; A. Leigh, "Development of a calibration procedure for contactless torque and temperature sensors based on SAW resonators," in IEEE Ultrasonics Symposium, 2008. DOI: 10.1109/ultsym.2008.0459

M. F. Hribsek; D. V. Tosic; M. R. Radosavljevic, "Surface Acoustic Wave Sensors in Mechanical Engineering," FME Transactions, no. 38, pp. 11-18, 2010.

E. Mackensen; L. Reindl, "Wireless Passive SAW Identification Marks and Sensors," Smart Sensors and MEMS, no. 181, pp. 155-202, 2004. DOI: 10.1007/978-1-4020-2929-5_5

R. Matsuzaki; A. Todoroki, "Wireless Monitoring of Automobile Tires for Intelligent Tires," MDPI − Sensors, no. 8, p. 8123, 2008. DOI: 10.3390/s8128123

R. Fachberger; A. Erlacher, "Monitoring of the temperature inside a lining of a metallurgical vessel using a SAW temperature sensor," Procedia Chemistry, no. 1 (1), pp. 1239-1242, 2009. DOI: 10.1016/j.proche.2009.07.309

O. Bogdan; A. Orlov; O. Petrischev; V. Ulianova, "ZnO Nanostrctures as Sensing Element of Acoustic Wave Sensor," Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, no. 6/12 (60), pp. 16-22, 2012. URL: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/6021/5417

L. Reindl, "Wireless Passive Sensors: Basic Principles and Performances," in IEEE SENSORS, 2008. DOI: 10.1109/icsens.2008.4716758

M. F. Zhovnir; O. M. Kuzmenko; S. I. Pokutnyi, "Radio SAW−Sensors for Physical Parameters Measurement," Journal of Applied Chemistry, no. 3 (1), pp. 7-13, 2015.

M. F. Zhovnir; O. O. Oliynik; L. D. Pisarenko, «Matematichni modeli sensoriv peremischen ta tisku na osnovi zburennya elektrichnogo polya poverhnevih akustichnih hvil [Mathematical models of displacement and pressure sensors based on the perturbation of the electric field of surface acoustic waves],» Journal of Nano-and Electronic Physics, vol. VIII, no. 1, pp. 01024-01025, 2016. DOI: 10.21272/jnep.8(1).01024

M. F. ZhovnIr; M. V. BItov; L. D. Pisarenko, «VimIryuvalnI peretvoryuvachI mIkroperemIschen ta tisku na poverhnevih akustichnih hvilyah [Measuring transducers of micro-displacements and pressure on surface acoustic waves],» Electronics and Communications, vol. 21, no. 4 (93), pp. 49-57, 2016. DOI: 10.20535/2312-1807.2016.21.4.81907

D. Chernenko; M. Zhovnir; O. Oliinyk; B. Tsyganok, «Wireless Passive Sensor Using Frequency Coded SAW Structures,» in 35th International Spring Seminar on Electronics Technology, 2012. DOI: 10.1109/isse.2012.6273174

M. F. Zhovnir, «Matematichna model pervinnogo peretvoryuvacha liniynih peremischen z ruhomim priymachem poverhnevih akustichnih hvil [Mathematical model of the primary transducer of linear displacements with a mobile receiver of surface acoustic waves],» Visnyk NTU «KhPI». Seriya: «Mekhaniko-tekhnolohichni systemy ta kompleksy», no. 7 (1179), pp. 48-57, 2016.

M. F. Zhovnir, «Matematichna model pervinnogo peretvoryuvacha kutovih peremischen z kiltsevim p’ezoelektrichnim hvilevodom poverhnevih akustichnih hvil [Mathematical model of the primary transducer of angular displacements with piezoelectric waveguide surface acoustic waves],» Visnyk NTU «KhPI». Seriya: «Mekhaniko-tekhnolohichni systemy ta kompleksy», no. 49 (1221), pp. 42-51, 2016.

M. F. Zhovnir, «Peretvoryuvach peremischen z vikoristannyam fazovih nabigan elektrichnogo polya poverhnevih akustichnih hvil [Transducer of displacements using phase surges of the electric field of surface acoustic waves],» Electronics and Communications, vol. 22, no. 1 (96), pp. 58-68, 2017. DOI: 10.20535/2312-1807.2017.22.1.90513

M. F. Zhovnir, L. D. Pisarenko, A. V. Ivaschuk, O. O. Oliynik, M. V. Bitov, T. E. Pleshka та E. S. Zakonov, «Datchik dlya vimiryuvannya kutovoyi shvidkosti ob’ektiv. Patent na korisnu model. [Sensor for measuring angular velocity of objects. Patent for utility model.]». Ukraine Patent 115968, 10 May 2017.

M. F. Zhovnir, «P’ezoelektrichnI plIvkoviI hvilevodi poverhnevih akustichnih hvil [Piezoelectric film waveguides of surface acoustic waves],» Journal of Nano-and Electronic Physics, vol. 8, no. 4 (1), pp. 04007-1-04007-7, 2016. DOI: 10.21272/jnep.8(4(1)).04007


Перелік посилань за IEEE 2006


1. Кривенков В. В. Автоматический контроль и поверка преобразователей угловых и линейных величин / В. В. Кривенков. – Ленинград: Машиностроение, 1986. – 247 с.

2.Домрачев В. Г. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие. / В. Г. Домрачев, В. Р. Матвеевский, Ю. С. Смирнов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 392 с.

3. Юкиш М. Й. Оптико-електронні засоби контролю параметрів обертального руху на основі методу просторової модуляції / М. Й. Юкиш, В. В. Кухарчук, Й. Й. Білінський.– Вінниця: ВНТУ, 2009.–138 с.

4. Поляков П. Ф. Акустоэлектроника. Физико-технологические основы и применение: Справ. пособие: В 2 т. / П. Ф. Поляков, В. А. Хорунжий, В. П. Поляков // Под общ. ред. проф. П. Ф. Полякова. – Харьков: ООО «Компания СМИТ». – 2007. – том. 1. – 552 с.

5. Жовнір М. Ф. Вимірювальні перетворювачі фізичних величин на поверхневих акустичних хвилях / М. Ф. Жовнір, М. Г. Черняк, Д. В. Черненко, Л. М. Шеремет // Электроника и связь. – 2011. – № 1(60). – С. 153 – 157.

6. Лепих Я. И. Датчик давления с тензочувствительным преобразователем на поверхностных акустических волнах / Я. И. Лепих // Технология и конструирование в электронной апаратуре. – 2004. – №3. – С. 53–54.

7. Zbrutsky A. Creation of low cost linear accelerometers for navigation and control systems / A. Zbrutsky, N. Chernyak, G. Skripkovsky // Symposium Gyro Technology. – 2005. – P. 4.1 – 4.11.

8. Бондаренко О. М. Гіроскопічні ефекти в пасивних мікроелектронних датчиках кутової швидкості / О. М. Бондаренко, О. В. Казнадій // Датчики и системи. – 2001, № 6. – С. 58–65.

9. Kalinin V. Development of a calibration procedure for contactless torque and temperature sensors based on SAW resonators / V. Kalinin, R. Lohr, A. Leigh // 2008 IEEE Ultrasonics Symposium. – 2008. – С. 1865 – 1868. doi:10.1109/ultsym.2008.0459.

10. Hribsek M. F. Surface Acoustic Wave Sensors in Mechanical Engineering / M. F. Hribsek, D. V. Tosic, M. R. Radosavljevic // FME Transactions. – 2010. – №38. – С. 11 – 18.

11. Mackensen E. Wireless Passive SAW Identification Marks and Sensors / E. Mackensen, L. Reindl // Smart Sensors and MEMS. – 2004. – № 181. – P. 155 – 202. doi:10.1007/978-1-4020-2929-5_5.

12. Matsuzaki R. Wireless Monitoring of Automobile Tires for Intelligent Tires / R. Matsuzaki, A. Todoroki // MDPI − Sensors. – 2008. – № 8. – P. 8123 – 8138. doi:10.3390/s8128123.

13. Fachberger R. Monitoring of the temperature inside a lining of a metallurgical vessel using a SAW temperature sensor / R. Fachberger, A. Erlacher // Procedia Chemistry. – 2009. – № 1(1). – P. 1239 – 1242. doi:10.1016/j.proche.2009.07.309.

14. Bogdan О. ZnO Nanostrctures as Sensing Element of Acoustic Wave Sensor / O.Bogdan, A. Orlov, O. Petrischev, V. Ulianova // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2012. – № 6/12 (60). – P.16–22. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/6021/5417.

15. Reindl L. Wireless Passive Sensors: Basic Principles and Performances / L. Reindl // IEEE SENSORS. – 2008. – P. 1607 – 1610. doi:10.1109/icsens.2008.4716758.

16. Zhovnir M. F. Radio SAW−Sensors for Physical Parameters Measurement / M. F. Zhovnir, O. M. Kuzmenko, S. I. Pokutnyi // Journal of Applied Chemistry. – 2015. – № 3 (1). – Р. 7 – 13.

17. Жовнір М. Ф. Математичні моделі сенсорів переміщень та тиску на основі збурення електричного поля поверхневих акустичних хвиль / М. Ф. Жовнір, О. О. Олійник, Л. Д. Писаренко // Журнал нано – та електронної фізики. – 2016. – Т.8, № 1. – С. 01024 – 01025. doi:10.21272/jnep.8(1).01024.

18. Жовнір М. Ф. Вимірювальні перетворювачі мікропереміщень та тиску на поверхневих акустичних хвилях / М. Ф. Жовнір, М. В. Бітов, Л. Д. Писаренко // Електроніка та зв’язок. – 2016. – Т.21, № 4(93). – С. 49 – 57. doi: 10.20535/2312-1807.2016.21.4.81907.

19. Chernenko D. Wireless Passive Sensor Using Frequency Coded SAW Structures / D. Chernenko, M. Zhovnir, O. Oliinyk, B. Tsyganok // 35th International Spring Seminar on Electronics Technology, 2012. – P.424 – 428. doi:10.1109/isse.2012.6273174.

20. Жовнір М. Ф. Математична модель первинного перетворювача лінійних переміщень з рухомим приймачем поверхневих акустичних хвиль / М. Ф. Жовнір. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія «Механіко-технологічні системи та комплекси». – 2016. – №7(1179). –  С. 48-57.

21. Жовнір М. Ф. Математична модель первинного перетворювача кутових переміщень з кільцевим п’єзоелектричним хвилеводом поверхневих акустичних хвиль / М. Ф. Жовнір. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Механіко-технологічні системи та комплекси. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2016. – № 49 (1221). – С. 42–51.

22. Жовнір М. Ф. Перетворювач переміщень з використанням фазових набігань електричного поля поверхневих акустичних хвиль / М. Ф. Жовнір // Електроніка та зв’язок. – 2016. – Том 22, № 1 (96) . – С.58–68. doi:10.20535/2312-1807.2017.22.1.90513.

23. Пат. 115968 Україна. МПК (2016.01)Н03Н9/13. Датчик  для вимірювання кутової швидкості об’єктів. Патент на корисну модель / М. Ф. Жовнір, Л. Д. Писаренко, А. В. Іващук, О. О. Олійник, М. В. Бітов, Т. Є. Плешка, Є. С. Законов // Опубл. 10.05.2017, бюл. № 9.

24. Жовнір М. Ф. П’єзоелектричні плівкові хвилеводи поверхневих акустичних хвиль / М. Ф. Жовнір // Журнал нано – та електронної фізики. – 2016. – Т.8, № 4(1). – С. 04007-1 – 04007-7. doi:10.21272/jnep.8(4(1)).04007.



Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2017 Жовнір М. Ф.

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.