RU2101855C1 - Controlled acoustic electronic device - Google Patents
Controlled acoustic electronic device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2101855C1 RU2101855C1 RU94025231A RU94025231A RU2101855C1 RU 2101855 C1 RU2101855 C1 RU 2101855C1 RU 94025231 A RU94025231 A RU 94025231A RU 94025231 A RU94025231 A RU 94025231A RU 2101855 C1 RU2101855 C1 RU 2101855C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- sound duct
- transducers
- output
- pdg
- Prior art date
Links
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N molybdate Chemical compound [O-][Mo]([O-])(=O)=O MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- NGKQUOVJEFUNDW-WLHGVMLRSA-N (e)-but-2-enedioic acid;4-[di(butan-2-yl)amino]-1,1-diphenylbutan-1-ol Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O.C=1C=CC=CC=1C(O)(CCCN(C(C)CC)C(C)CC)C1=CC=CC=C1 NGKQUOVJEFUNDW-WLHGVMLRSA-N 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
- Electrophonic Musical Instruments (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности, акустоэлектроники, и может быть использовано в качестве регулируемого акустоэлектронного устройства временной или фазовой селекции сигналов, например, в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки, в различных радиоэлектронных системах обработки сигнальной информации. The invention relates to the field of radio electronics, in particular acoustoelectronics, and can be used as an adjustable acoustoelectronic device for temporal or phase signal selection, for example, as an adjustable ultrasonic delay line, in various electronic systems for processing signal information.
Известны регулируемые акустоэлектронные устройства временной и фазовой селекции сигналов, в частности регулируемые ультразвуковые линии задержки (РУЛЗ), содержащие пьезокристаллический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сигнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза, содержащей по крайней мере два разнополярных домена, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), основные входной и выходной преобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и расположенные на его одной или обеих противолежащих рабочих торцовых гранях, перпендикулярных Z-граням звукопровода, и образующие вместе с ПДГ информационный акустический канал, управляющие электроды, расположенные на двух противолежащих Z-гранях звукопровода в рабочей области перемещения ПДГ и подсоединенные к выходу регулируемого источника постоянного электрического напряжения. Known are acoustoelectronic devices for temporal and phase signal selection, in particular adjustable ultrasonic delay lines (RLS), containing a piezocrystalline sound guide made of a polydomain single crystal ferroelastic-signal-electric, isomorphic to gadolinium molybdate, in the form of a Z-slice plate containing at least two heterogeneous domains separated by a flat domain wall (PDG), the main input and output transducers of volumetric acoustic waves (OAV) located in the acoustic ontact with the sound duct and located on its one or both opposite working end faces, perpendicular to the Z-faces of the sound duct, and forming, together with the PDG, an acoustic information channel, control electrodes located on two opposite Z-faces of the sound duct in the working area of the PDG movement and connected to the output adjustable source of constant voltage.
Основным недостатком таких регулируемых акустоэлектронных устройств является невысокая точность регулирования информационного параметра (в частности, величины времени задержки сигнала в РУЛЗ ОАВ), обусловленная низкой воспроизводимостью промежуточной регулировочной характеристики устройства: "изменение величины управляющего сигнала на выходе регулируемого источника напряжения изменение местоположения доменной границы в звукопроводе", связанной с наличием отклонений в стехиометрическом составе монокристаллического материала звукопровода, степенью его дефектности, униполярности и т. д. приводящим к практически непредсказуемому изменению реальных величин коэрцетивных полей монокристалла и, как следствие, к нарушению однозначности и воспроизводимости регулировочной характеристики устройства: "величина управляющего электрического сигнала напряжения - величина регулируемой временной задержки сигнала". The main disadvantage of such adjustable acoustoelectronic devices is the low accuracy of the regulation of the information parameter (in particular, the signal delay time in the RAVZ OAV), due to the low reproducibility of the intermediate adjustment characteristic of the device: "a change in the value of the control signal at the output of an adjustable voltage source, a change in the location of the domain wall in the sound duct" associated with the presence of deviations in the stoichiometric composition of a single-crystal material in a duct, in the degree of its defectiveness, unipolarity, etc., leading to an almost unpredictable change in the real values of the coercive fields of a single crystal and, as a result, to a violation of the unambiguity and reproducibility of the control characteristic of the device: "the magnitude of the control electric voltage signal is the value of the adjustable time delay of the signal."
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является другое известное регулируемое акустоэлектронное устройство, выполняющее функции регулируемого фазового или временного сдвига, в частности, и функции РУЛЗ ОАВ, выбранное в качестве устройства прототипа, содержащее пьезокристаллический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза, содержащей по крайней мере два разнополярных домена, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), основные входной и выходной преобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и расположенные на его одной или двух противолежащих рабочих торцовых гранях, перпендикулярных Z-граням звукопровода, и образующие вместе с ПДГ информационный акустический канал, управляющие электроды, расположенные на двух противолежащих Z-гранях звукопровода и рабочей области перемещения ПДГ и подсоединенные к выходу регулируемого источника электрического напряжения, вход которого через блок формирования сигнала управления соединен с выходным преобразователем ОАВ контрольно-измерительного акустического канала, а входной преобразователь последнего соединен с генератором опорного синусоидального сигнала [2]
В этом известном регулируемом акустоэлектронном устройстве отработка заданной величины регулируемого информативного параметра (фазового сдвига, временной задержки) осуществляется с использованием отрицательной обратной связи по положению ПДГ в звукопроводе, благодаря чему оно характеризуется достаточно высокой точностью регулирования. Однако это имеет место только для очень узкого диапазона регулирования информативного параметра, в частности, ограниченного десятыми долями процента для РУЛЗ ОАВ. Обусловлено это несколькими причинами. Прежде всего, топология данного регулируемого акустоэлектронного устройства ограничивает максимальный потенциально возможный диапазон регулирования величины времени задержки информационного сигнала значением, не превышающим 3% от его номинальной величины (см. например, [1] ). Кроме того, используемая топология, принципиально ограничивающая облсть пространственного перемещения ПДГ из-за необходиомсти размещения преобразователей этого канала по разные стороны от нее (см. [2]), еще более сужает (в несколько раз) диапазон регулирования. Наконец, дополнительное сужение достижимого диапазона регулирования в известном устройстве связано и с необходимостью реализации однозначной зависимости выходного сигнала контрольно-измерительного канала относительно величины смещения ПДГ. В результате, приемлемая точность регулирования величины времени задержки в устройстве-прототипе оказывается достижимой лишь в диапазоне регулирования, не превышающем нескольких десятых долей процента.Closest to the invention in technical essence is another known adjustable acoustoelectronic device that performs the functions of an adjustable phase or time shift, in particular, and functions of an OAWS, selected as a prototype device, containing a piezoelectric crystal sound duct made of a polydomain single crystal ferroelastic ferroelectric, isomorphic molybdate gadolinium, in the form of a Z-slice plate containing at least two heteropolar domains separated by a flat domain wall d (PDG), the main input and output transducers of volumetric acoustic waves (OAV), which are in acoustic contact with the sound duct and located on its one or two opposite working end faces, perpendicular to the Z-faces of the sound duct, and forming together with the PDG information acoustic channel, control electrodes located on two opposite Z-faces of the sound duct and the working area of the PDG movement and connected to the output of an adjustable voltage source, the input of which is through the ph the control signal is connected to the output transducer of the OAB control and measuring acoustic channel, and the input transducer of the latter is connected to the generator of the reference sinusoidal signal [2]
In this known adjustable acoustoelectronic device, the development of a given value of a controlled informative parameter (phase shift, time delay) is carried out using negative feedback on the position of the PDG in the sound duct, due to which it is characterized by a fairly high accuracy of regulation. However, this takes place only for a very narrow range of regulation of the informative parameter, in particular, limited to tenths of a percent for RAVL OAV. There are several reasons for this. First of all, the topology of this adjustable acoustoelectronic device limits the maximum potential range of regulation of the information signal delay time to a value not exceeding 3% of its nominal value (see, for example, [1]). In addition, the topology used, which fundamentally limits the domain of spatial displacement of PDG due to the necessity of placing the converters of this channel on different sides of it (see [2]), further narrows (several times) the control range. Finally, an additional narrowing of the achievable control range in the known device is also associated with the need to implement an unambiguous dependence of the output signal of the control and measuring channel relative to the magnitude of the bias displacement. As a result, the acceptable accuracy of regulation of the delay time in the prototype device is achievable only in the regulation range not exceeding several tenths of a percent.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении высокой точности регулирования величины информативного параметра, гарантируемой использованием цепи отрицательной обратной связи по положению ПДГ, в широком диапазоне его регулирования, в частности, в обеспечении высокой точности регулирования величины времени задержки в РУЛЗ ОАВ в диапазоне его регулирования до десятков и сотен процентов от номинального значения. Реализация этого, на основе использования цепи отрицательной обратной связи по положению ПДГ в звукопроводе устройства, предполагает обеспечение условий расширения диапазона контралируемого цепью отрицательной обратной связи пространственного положения ПДГ. The technical result to which the claimed invention is directed is to provide high accuracy of regulation of the value of the informative parameter, guaranteed by the use of a negative feedback circuit on the position of the gas generator, in a wide range of its regulation, in particular, to ensure high accuracy of regulation of the delay time in the RAVZ OAV in the range of its regulation up to tens and hundreds of percent of the nominal value. The implementation of this, based on the use of the negative feedback loop on the position of the PDG in the sound duct of the device, involves providing conditions for expanding the range of the spatial position of the PDG controlled by the negative feedback circuit.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в регулируемом акустоэлектронном устройстве, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза, содержащей по крайней мере два разнополярных домена, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), основные входной и выходной преобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и расположенные на его одной или двух противолежащих рабочих торцовых гранях, перпендикулярных Z-граням звукопровода, и образующие вместе с ПДГ информационный акустический канал, согласно изобретению в него введены дополнительные входной и выходной преобразователи ОАВ, также находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом, размещенные в рабочей области перемещения ПДГ с полным ее перекрытием со стороны двух противолежащих торцовых граней звукопровода, ортогональных указанным выше граням и рабочим торцовым граням, и образующие контрольно-измерительный акустический канал, генератор опорного синусоидального сигнала, выход которого соединен с выходным дополнительным преобразователем ОАВ, и блок формирования сигнала управления, включенный между входом регулируемого источника постоянного электрического напряжения и выходным дополнительным преобразователем ОАВ, при этом в качестве преобразователей ОАВ контрольно-измерительного акустического канала использованы пьезоэлектрические преобразователи продольной моды колебаний, расположенные со стороны торцовых граней звукопровода, перпендикулярных плоскости ПДГ, и размещенные в рабочей области перемещения ПДГ с полным ее перекрытием, при этом один из преобразователей контрольно-измерительного акустического канала выполнен двухсекционным с акустически противофазными секциями одинаковой апертуры, акустический контакт каждого из преобразователей контрольно-измерительного акустического канала выполнен с использованием иммерсионного слоя, а в качестве блока формирования сигнала управления использован амплитудно-фазовый детектор с элементом сравнения с установкой. The essence of the invention lies in the fact that in a controlled acoustoelectronic device containing a piezoelectric sound duct made of a multidomain single crystal ferroelastic ferroelectric, isomorphic to gadolinium molybdate, in the form of a Z-slice plate containing at least two heteropolar domains separated by a flat domain wall ), the main input and output transducers of volumetric acoustic waves (OAV), which are in acoustic contact with the sound duct and located on its one or two opposite working end faces, perpendicular to the Z-faces of the sound duct, and forming, together with the PDG, an acoustic information channel, according to the invention, additional input and output transducers of OAV are introduced into it, which are also in acoustic contact with the sound duct, located in the working area of the PDG with its complete overlap on the side of two opposite end faces of the sound duct, orthogonal to the above faces and working end faces, and forming a control and the acoustic channel, the reference sinusoidal signal generator, the output of which is connected to the output additional transducer OAB, and a control signal generating unit connected between the input of the regulated constant voltage source and the output additional transducer OAV, while piezoelectric transducers are used as OAV transducers of the control and measuring acoustic channel transducers of the longitudinal vibration mode, located on the side of the end faces of the sound duct, perp and are located in the working area of the PDG movement with its complete overlap, while one of the transducers of the control and measuring acoustic channel is made two-section with acoustically antiphase sections of the same aperture, the acoustic contact of each of the transducers of the control and measuring acoustic channel is made using an immersion layer and, as the control signal generating unit, an amplitude-phase detector with a comparison element with a setup is used .
На фиг. 1, а, б схематично изображено регулируемое акустоэлектронное устройство (показаны два варианта его конструктивного выполнения вид со стороны Z-грани); на фиг. 2 типичная зависимость амплитуды А1 сигнала на выходе датчика пространственного положения ПДГ в звукопроводе и сигнала А2 на выходе амплитудно-фазового детектора блока формирования сигнала управления (фиг. 2, а), а также геометрия контрольно-измерительного акустического канала для двух различных координат х- и х+ пространственного положения ПДГ в рабочей области ее перемещения по звукопроводу фиг. 2, б, в.In FIG. 1, a, b schematically shows an adjustable acoustoelectronic device (two variants of its structural embodiment are shown from the side of the Z-face); in FIG. 2 a typical dependence of the amplitude A 1 of the signal at the output of the PDG spatial position sensor in the sound duct and the signal A 2 at the output of the amplitude-phase detector of the control signal generating unit (Fig. 2a), as well as the geometry of the control and measuring acoustic channel for two different x coordinates - and x + spatial position of the PDG in the working area of its movement through the sound duct of FIG. 2, b, c.
Регулируемое акустоэлектронное устройство содержит звукопровод 1, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, например, молибдата тербия или гадолиния, в виде пластины Z-среза (плоскость чертежа на фиг. 1, а, б), содержащей по крайней мере два разнополярных домена 2 и 3, разделенных плоской доменной границей (ПДГ) 4, а также основные входной 5 и выходной 6 пьезопреобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом 1 и расположенные на его одной рабочей торцовой грани 7 (фиг. 1, а) или на двух противолежащих рабочих торцовых гранях 7 и 8 (фиг. 1, б), перпендикулярных Z-граням звукопровода 1; дополнительные входной 9 и выходной 10 преобразователи ОАВ, находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом 1 через иммерсионные слои 11 и 12, соответственно, и размещенные со стороны двух его противолежащих торцовых граней 13 и 14, ортогональных одной или обеим рабочим торцовым граням (грань 7 на фиг. 1, а; грани 7 и 8 на фиг. 1, б); управляющие электроды 15 и 16, расположенные на двух противолежащих Z-гранях 13, 14 звукопровода 1 в рабочей области перемещения ПДГ 4, подсоединенные к выходным клеммам 17 и 18, соответственно, регулируемого источника 19 постоянного электрического напряжения, вход которого 20 через блок 21 формирования сигнала управления соединен (клемма 22) с выходным дополнительным преобразователем 10, а выходной дополнительный преобразователь 9 подсоединен (клемма 23) к генератору 24 опорного синусоидального сигнала. Основные преобразователи ОАВ 5 и 6 вместе с ПДГ образуют информационный акустический канал, а электрические выводы 25 и 26 преобразователей 5 и 6 являются соответственно входом и выходом всего устройства. В случае размещения преобразователей 5 и 6 на одной торцовой грани 7 (см. фиг. 1, а), в качестве этих преобразователей предпочтительно использование пьезопреобразователей ОАВ сдвиговой моды колебаний или продольной и сдвиговой мод колебаний (для преобразователей 5 и 6 или 6 и 5 соответственно). В случае же размещения преобразователей 5 и 6 на двух противолежащих торцовых гранях 7 и 8 (см. фиг. 1, б) в качестве этих преобразователей целесообразно использование пьезопреобразователей только различных мод колебаний (сдвиговой и продольной для преобразователей 5 и 6 соответственно или наоборот). Дополнительные преобразователи ОАВ 9 и 10 вместе с ПДГ 4 образуют контрольно-измерительный акустический канал устройства. При этом в качестве преобразователей 9 и 10 использованы пьезопреобразователи ОАВ продольной моды колебаний и, более того, один из них (преобразователь 9 на фиг. 1, а, б) выполнен двухсекционным с акустически противофазными секциями одинаковой апертуры (в частном случае, показанном на фиг.1,а,б, это реализовано за счет электрически противофазного соединения соответствующих электродов 91, 92 и двух соседних секций двухсекционного преобразователя 9). Преобразователи 9 и 10 расположены со стороны торцовых граней 13, 14, ортогональных плоскости ПДГ 4, и размещены в рабочей области перемещения ПДГ 4 с полным ее перекрытием. В качестве блока 21 формирования сигнала управления использован амплитудно-фазовый детектор 21", электрически последовательно соединенный с элементом сравнения 21' с уставкой ("уставка").The adjustable acoustoelectronic device contains a sound pipe 1 made of a polydomain single crystal of a ferroelastic ferroelectric, isomorphic to gadolinium molybdate, for example, terbium or gadolinium molybdate, in the form of a Z-slice plate (drawing plane in Fig. 1, a, b) containing at least two
Следует отметить, что звукопровод 1 может содержать и более двух разнополярных доменов, разделенных соответствующими дополнительными по отношению к ПДГ 4 доменными границами, однако последние могут находиться при этом лишь вне рабочей области перемещения ПДГ 4 вне апертуры акустического контрольно-измерительного канала (9 4 10). Кроме того, отметим, что при размещении входного 5 и выходного 6 преобразователей со стороны одной рабочей торцовой грани 7 (см. фиг. 1, а) противолежащую ей грань 8 целесообразно выполнять непараллельной первой и снабдить ее звукопоглощающим покрытием 27 для уменьшения уровня ложных сигналов (УЛС). Отметим также, что конкретная схемотехника блока 21 может отличаться от изображенной на фиг. 1, а, б (в частности, элемент сравнения 21' может быть выполнен встроенным в схему амплитудно-фазового детектора 21"). Наконец, отметим, что спектр приемлемых материалов для реализации иммерсионных слоев 11 и 12 весьма разнообразен, хотя на практике в большинстве случаев используются, как правило, эпоксидные смолы (без отвердителей). Дополнительно отметим, что цепь обратной связи может содержать также усиленные элементы (на фиг. 1, а, б не показаны), служащие для уменьшения погрешности регулирования. It should be noted that sound duct 1 can contain more than two bipolar domains separated by corresponding domain boundaries additional to
Регулируемое акустоэлектроннное устройство работает следующим образом. Adjustable acoustoelectronic device operates as follows.
При подаче входного радиочастотного сигнала (информационного) на электрическую клемму 25 входного преобразователя 5 последний возбуждает объемные акустические волны (продольные L или сдвиговые S в зависимости от типа преобразователя 5), распространяющиеся в звукопроводе 1 в направлении ПДГ 4. По достижении ПДГ 4, ОАВ взаимодействует с ней: частично отражаются от ПДГ и частично преломляются на ней, а также частично преобразуют свой модовый состав, т. е. волны L-моды преобразуются в волны S-моды или наоборот. Провзаимодействовавшие с ПДГ 4 ОАВ распространяются далее в направлении выходного преобразователя 6, на котором они преобразуются в электрический радиочастотный выходной информационный сигнал, снимаемый с электрической клеммы 26 выходного преобразователя 6. При этом выходной электрический сигнал оказывается задержанным относительно входного на время, определяемое длиной акустического информационного канала (преобразователь 5 ПДГ 4 - преобразователь 6) и скоростями распространения ОАВ в нем (с учетом возможного их различия на различных участках этого акустического канала). Так, в частности, в конструктивном варианте устройства, изображенном на фиг. 1, а, формирование выходного сигнала осуществляется с использованием эффекта отражения излученных преобразователем 5 ОАВ от ПДГ 4, а в конструктивном варианте устройства, изображенном на фиг. 1, б, с использованием эффекта прохождения ОАВ через ПДГ с преобразованием мод колебаний на ней. When an input RF signal (informational) is applied to the electrical terminal 25 of the input transducer 5, the latter excites volumetric acoustic waves (longitudinal L or shear S, depending on the type of transducer 5), propagating in the sound duct 1 in the direction of the
Поскольку известно [3] что наиболее эффективное (в энергетическом смысле) отражение ОАВ от ПДГ при нормальном падении их на ПДГ для сдвиговых (S) ОАВ, а также для ОАВ, отраженных от ПДГ с преобразованием мод колебаний (L в S или S в L), то в первом конструктивном варианте устройства (фиг. 1, а) преобразователи 5 и 6 либо оба сдвиговой моды колебаний S (с плоскостью смещений, параллельной Z-граням звукопровода 1), либо один из преобразователей 5, 6 сдвиговой моды колебаний S, а другой продольной моды колебаний L. Временная задержка t выходного сигнала относительно входного для двух указанных случаев определяется соотношениями, соответственно:
t=(x1+x2)/vS и t=(x1/vL+x2/vS) или t=(x1/vS+x2/vL), (1)
где vS и vL скорости ОАВ S- и L-мод колебаний, соответственно;
x1 и x2 расстояния от ПДГ от входного и от ПДГ до выходного преобразователей, соответственно.Since it is known [3] that the most effective (in the energy sense) reflection of OAV from PDG with their normal incidence on PDG for shear (S) OVA, as well as for OAV reflected from PDG with the conversion of vibration modes (L to S or S to L ), then in the first constructive embodiment of the device (Fig. 1, a) the transducers 5 and 6 are either both of the shear vibration modes S (with a plane of displacements parallel to the Z-faces of the sound duct 1), or one of the transducers 5, 6 of the shear vibration modes S, and another longitudinal oscillation mode L. The time delay t of the output signal relates The input for the two indicated cases is determined by the relations, respectively:
t = (x 1 + x 2 ) / v S and t = (x 1 / v L + x 2 / v S ) or t = (x 1 / v S + x 2 / v L ), (1)
where v S and v L are the velocities of the SAS of S- and L-modes of oscillations, respectively;
x 1 and x 2 are the distances from the PDG from the input and from the PDG to the output converters, respectively.
Учитывая, что для данного конструктивного варианта устройства (см. фиг. 1, а) x1 ≃ x2, соотношения (1) преобразуются к виду:
t=2x1/vS и t=x1(1//vL+1/vS) (1*)
Во втором конструктивном варианте устройства (см. фиг. 1, б) один преобразователь (5 или 6) сдвиговой моды колебаний, а другой продольной, поэтому временная задержка t выходного информационного сигнала относительно входного определяется соотношениями:
t=(x1/VL+x2/VS) и t=(x1/VL+x2/VS) или t=(x2/vL+x1/vS), (2)
где все обозначения идентичны оговоренным выше с тем лишь добавлением, что теперь (фиг. 1, б) величины х1 и х2 связаны между собой соотношением: х1+х2= l, где l длина звукопровода 1. С учетом этого, соотношения (2) преобразуются к виду:
t=l/vS+x1(1//vL+1/vS) или t=l/vL+x1(1//vS+1/vL) (2*)
В соотношениях (1*) и (2*) величины l, vS и vL являются фиксированными для выбранных размеров звукопровода, его материала и направления распространения ОАВ в нем. Таким образом, временная задержка t выходного информационного сигнала относительно входного в заявляемом устройстве оказывается однозначно связанной с местоположением ПДГ 4 в звукопроводе, определяемом, в частности, расстояние х1 от входного преобразователя 5 до ПДГ 4 вдоль акустического информационного канала.Given that for this constructive version of the device (see Fig. 1, a) x 1 ≃ x 2 , relations (1) are converted to:
t = 2x 1 / v S and t = x 1 (1 // v L + 1 / v S ) (1 *)
In the second constructive embodiment of the device (see Fig. 1, b) one transducer (5 or 6) of the shear mode of oscillation, and the other longitudinal, so the time delay t of the output information signal relative to the input is determined by the relations:
t = (x 1 / V L + x 2 / V S ) and t = (x 1 / V L + x 2 / V S ) or t = (x 2 / v L + x 1 / v S ), (2 )
where all the designations are identical to those specified above with the only addition that now (Fig. 1, b) the values of x 1 and x 2 are interconnected by the ratio: x 1 + x 2 = l, where l is the length of the sound duct 1. With this in mind, the ratio (2) are converted to:
t = l / v S + x 1 (1 // v L + 1 / v S ) or t = l / v L + x 1 (1 // v S + 1 / v L ) (2 *)
In the ratios (1 *) and (2 *), the quantities l, v S, and v L are fixed for the selected sizes of the sound duct, its material, and the direction of propagation of the OAB in it. Thus, the time delay t of the output information signal relative to the input in the inventive device is uniquely related to the location of the
При наличии на выходных клеммах 17 и 18 регулируемого источника 19, а следовательно, и на управляющих электродах 15 и 16 постоянного электрического напряжения, создающего в области звукопровода 1 под электродами 15, 16 электрическое поле Е, превышающее по величине соответствующее коэрцетивное значение Е0, в силу сегнетоэлектрических свойств материала звукопровода 1 имеет место его периполяризация, которая, благодаря сегнетоэластической природе материала звукопровода 1, осуществляется путем бокового смещения ПДГ 4 по звукопроводу 1. Это в зависимости от знака приложенного к электродам 15, 16 электрического напряженияприводит к увеличению или уменьшению расстояния х1 между входным преобразователем 5 и ПДГ 4 на величину Δx1 и, как следствие, к соответствующему изменению Δt величины временной задержки t в устройстве:
Как следует из соотношений (1**) и (2**), для первого конструктивного варианта устройства (фиг. 1, а) диапазон регулирования Δt определяемый величиной Δx1 ограничен сверху лишь длиной звукопровода и может в несколько раз превышать номинальное значение временной задержки, т. е. может достигать сотен процентов. Для второго конструктивного варианта устройства (фиг. 1, б) из соотношений (1**) и (2**) следует, что максимально возможный диапазон регулирования Δtmax ограничен относительной величиной разности скоростей VL и VS ОАВ (VL-VS)/VL,S, которая для кристаллов, изоморфных молибдату гадолиния, составляет ≃14% в связи с чем максимальный реально достижимый диапазон регулирования составляет (10-12)% Отметим, что конкретная величина диапазона регулирования в заявляемом устройстве формируется соответствующим выбором размеров рабочей области перемещения ПДГ 4, которая, в свою очередь, определяется протяженностью управляющих электродов 15, 16 в направлении информационного акустического канала.In the presence of an adjustable source 19 at the output terminals 17 and 18, and therefore at the control electrodes 15 and 16, of a constant electric voltage, creating an electric field E in the area of the sound duct 1 under the electrodes 15, 16, exceeding the corresponding coercive value E 0 in magnitude the force of the ferroelectric properties of the material of the sound duct 1 takes place its peripolarization, which, due to the ferroelastic nature of the material of the sound duct 1, is carried out by lateral displacement of the
As follows from the ratios (1 **) and (2 **), for the first constructive version of the device (Fig. 1, a) the control range Δt determined by the value Δx 1 is limited from above only by the length of the sound duct and can several times exceed the nominal value of the time delay , i.e., it can reach hundreds of percent. For the second constructive variant of the device (Fig. 1, b), from the relations (1 ** ) and (2 **) it follows that the maximum possible control range Δt max is limited by the relative value of the difference in speeds V L and V S ОАВ (V L -V S ) / V L, S , which is ,14% for crystals isomorphic to gadolinium molybdate, and therefore the maximum achievable regulation range is (10-12)%. Note that the specific regulation range in the inventive device is formed by the appropriate choice of sizes working
Отработка заданной величины изменения временной задержки Δt* информационного сигнала в регулируемом акустоэлектронном устройстве осуществляется и использованием цепи отрицательной обратной связи по изменению пространственного положения х ПДГ 4 в звукопроводе 1, однозначно связанному с соответствующими величинами Δx1 и Δx2 В частности:
Δx = Δx1= Δx2 для конструктивного варианта на фиг. 1, а (3)
Δx = Δx1= l-Δx2 для конструктивного варианта на фиг. 1, б (4)
Цепь обратной связи образована контрольно-измерительной схемой (24, 23, 9, 10, 22, 21, 20, 19, 18), в которой генератор 24 опорного синусоидального сигнала фиксированной частоты вместе с акустическим контрольно-измерительным каналом (23, 9, 10, 22) играет роль датчика пространственного положения ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения: устройство 21 формирования сигнала управления играет роль преобразователя сигнала с датчика (амплитудно-фазовый детектор 21") и элемента сравнения 21': регулируемый источник 19 постоянного электрического напряжения роль исполнительного органа. Описанная цепь обратной связи осуществляет автоматическую коррекцию величины и знака постоянного электрического напряжения на выходных клеммах 17, 18 источника 19, прикладываемого к управляющим электродам 15, 16, обеспечивающую реализацию необходимой величины Δx смещения ПДГ 4 для получения заданного значения временной задержки t информационного сигнала.The development of a given value of the change in the time delay Δt * of the information signal in the adjustable acoustoelectronic device is also carried out using the negative feedback circuit for changing the spatial
Δx = Δx 1 = Δx 2 for the embodiment in FIG. 1, a (3)
Δx = Δx 1 = l-Δx 2 for the embodiment in FIG. 1, b (4)
The feedback circuit is formed by a control and measuring circuit (24, 23, 9, 10, 22, 21, 20, 19, 18), in which a generator 24 of a reference sinusoidal signal of a fixed frequency together with an acoustic control and measuring channel (23, 9, 10 , 22) plays the role of the
Характерной особенностью функционирования заявляемого устройства, обусловленной спецификой его конструкции (ее существенными отличиями) в сравнении с устройством прототипом, является реализация процесса выработки управляющего сигнала, поступающего на вход 20 регулируемого источника 19. A characteristic feature of the functioning of the claimed device, due to the specifics of its design (its significant differences) in comparison with the prototype device, is the implementation of the process of generating a control signal supplied to the input 20 of an adjustable source 19.
Осуществляется это следующим образом. Подсоединенный к генератору 24 опорного синусоидального сигнала фиксированной частоты входной пьезопреобразователь 9 возбуждает объемную акустическую волну (ОАВ), которая, пройдя через иммерсионный слой 11, распространяется по звукопроводу 1 во всей рабочей области перемещения ПДГ 4 в направлении, параллельном плоскости последней. Пройдя звукопровод 1 и миновав второй иммерсионный слой 12, это ОАВ преобразуется выходным пьезопреобразователем 10 в электрический сигнал, выделяемый на клемме 22. Этот сигнал несет информацию о положении ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения. Действительно, амплитуда А1 его оказывается параболлической функцией координаты х положения ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения по звукопроводу 1, ограниченной координатами начала хн и конца хк этой области, причем минимальное значение А1 имеет место при координате х0 ПЛГ 4, соответствующей середине указанной рабочей области ее перемещения (см. фиг. 2, а пунктирная кривая). Приведенная на фиг. 2, а пунктирная кривая является типичной экспериментальной зависимостью А1 от х, характер которой отчасти поясняется фиг. 2, б, в, где схематично изображена геометрия контрольно-измерительного акустического канала устройства (преобразователь 9 иммерсионный слой 11 звукопровод 1 - иммерсионный слой 12 преобразователь 10) для двух различных координат х- и х+ ПДГ 4. Фиг. 2, б, в иллюстрируют тот известный факт, что различие знаков спонтанной деформации соседних доменов 2 и 3 сегнетоэластического материала звукопровода 1 являются причиной специфической макродеформации звукопровода 1, форма которой однозначно определяется местоположением ПДГ 4, разделяющей соседние домены 2 и 3. Именно по этой причине акустический контакт преобразователей 9 и 10 со звукопроводом 1 выполнены с использованием иммерсионных слоев 11 и 12, которые с одной стороны обеспечивают сопровождаемое макродеформацией звукопровода 1 беспрепятственное перемещение ПДГ 4 по нему, а с другой обеспечивают возможность надежного акустического контакта преобразователей 9, 10 со звукопроводом 1 при изменении формы макродеформации. При этом в качестве преобразователей 9, 10 использованы преобразователи ОАВ продольной моды колебаний, так как именно эта мода ОАВ может распространяться и в жидкости (иммерсионные слои). Как следует из фиг. 2, б, в, наихудшие условия акустического согласования преобразователей 9, 10 со звукопроводом 1 имеют место при размещении ПДГ 4 в центре (координата х0) ее рабочей области перемещения (хк хн), чему и соответствует минимум пунктирной кривой на фиг. 2, а. Следует отметить, что благодаря выполнению пьезопреобразователя 9 двухсекционным с акустически противофазными секциями (91, 92) и () электрический выходной сигнал контрольно-измерительного канала, выделяемый на клемме 22, характеризуется кроме амплитудной модуляции в функции пространственного положения ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения (см. фиг. 2, а пунктирная кривая) еще и противоположностью фазы (фазовой манипуляцией) для координат пространственного положения ПДГ 4 х≤ х0 и х ≥ х0, т. е. слева и справа от координаты х0 центра рабочей области перемещения ПДГ 4 (см. фиг. 2, а, б, в). В результате детектирования такого сигнала амплитудно-фазовым детектором (АФД) 21" на выходе последнего имеет место постоянное электрическое напряжение, величина А2 и знак которого однозначно связаны с координатой х пространственного положения ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения (см. фиг.2, а сплошная кривая). Благодаря выбору одинаковой апертуры двух акустических противофазных секций (91, 92) и () преобразователя 9 электрический сигнал на выходе 20 АФД 21" для координаты х х0 ПДГ 4 оказывается равным нулю и отличается знаком для областей координат ПДГ 4 x <х0 n x > х0. В результате, сигнал на выходе АФД 21" оказывается симметризированным по амплитуде и противоположным по знаку для координат ПДГ 4, равноудаленных от координаты х0 центра рабочей области ее перемещения, что гарантирует воспроизводимость регулировочной характеристики устройства в целом. Последующее сравнение этого сигнала с уставкой, осуществляемое элементом сравнения 21', определяет на выходе 20 блока 21 необходимые величину и знак управляющего сигнала для регулируемого источника 19, постоянное электрическое напряжение соответствующей полярности с выходных клемм 17, 18 которого подается на управляющие электроды 15, 16 и обеспечивает требуемое смещение ПДГ 4 для реализации заданной величины временной задержки информационного сигнала устройства (см. фиг. 1, а, б).It is carried out as follows. Connected to the fixed-frequency reference sinusoidal signal generator 24, the input
Благодаря описанному выполнению датчика пространственного положения ПДГ 4 в звукопроводе 1 (24, 23, 9, 11, 1, 12, 10, 22) обеспечивается возможность измерения местоположения ПДГ 4 во всем максимально достижимом диапазоне ее перемещения, ограниченном только размерами звукопровода, и как следствие, во всем максимально достижимом диапазоне регулирования информативного параметра информационного сигнала устройства. Высокая же точность регулирования величины информативного параметра гарантируется, как и в устройстве-прототипе, использованием цепи отрицательной обратной связи по местоположению ПДГ 4 в звукопроводе 1. При этом, благодаря описанному выполнению блока 21 формирования сигнала управления обеспечивается однозначность и воспроизводимость регулировочной характеристики устройства во всем широком диапазоне регулирования его информативного параметра, достигающем, как отмечалось выше, десятков и сотен процентов. Due to the described embodiment of the spatial position sensor of the
Итак, в заявляемом регулируемом акустоэлектронном устройстве благодаря описанному выполнению контрольно-измерительного канала, в том числе датчика пространственного положения ПДГ в звукопроводе и устройства формирования сигнала управления, обеспечивается возможность высокоточного регулирования временной задержки информационного сигнала (за счет использования цепи отрицательной обратной связи по местоположению ПДГ) в существенно расширенном диапазоне регулирования, достигающем десятков и сотен процентов. В реализованных на практике лабораторных макетах заявляемого регулируемого акустоэлектронного устройства (в частности, РУЛЗ ОАВ), построенных по схемам фиг. 1,а и 1,б, были достигнуты диапазоны перестройки времени задержки 200% и 12% соответственно с обеспечением точности регулирования 0,1%
Источники информации:
1. Алексеев А.Н.// Известия АН СССР. Серия физическая. 1989, т. 53, N7, с.1424-1433.So, in the inventive adjustable acoustoelectronic device, due to the described implementation of the control and measuring channel, including the PDG spatial position sensor in the sound pipe and the control signal generating device, it is possible to accurately control the time delay of the information signal (due to the use of the negative feedback circuit for the location of the PDG) in a significantly expanded range of regulation, reaching tens and hundreds of percent. In practical laboratory models of the inventive adjustable acoustoelectronic device (in particular, RULZ OAV), constructed according to the schemes of FIG. 1a and 1b, the ranges of tuning the delay time of 200% and 12%, respectively, were achieved with a control accuracy of 0.1%
Sources of information:
1. Alekseev A.N.// Proceedings of the USSR Academy of Sciences. The series is physical. 1989, v. 53, N7, pp. 1424-1433.
2. Applied Physics Letters; vol. 30, N10, 15.05.77, p.506-508, прототип. 2. Applied Physics Letters; vol. 30, N10, 05.15.77, p.506-508, prototype.
3. Алексеев А. Н. Злоказов М.В. Осипов И.В.//Известия АН СССР. Серия физическая. 1982, т. 47, N3, с.465-475. 3. Alekseev A. N. Zlokazov M.V. Osipov I.V. // Proceedings of the USSR Academy of Sciences. The series is physical. 1982, vol. 47, N3, pp. 465-475.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94025231A RU2101855C1 (en) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | Controlled acoustic electronic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94025231A RU2101855C1 (en) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | Controlled acoustic electronic device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94025231A RU94025231A (en) | 1996-05-27 |
| RU2101855C1 true RU2101855C1 (en) | 1998-01-10 |
Family
ID=20158127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94025231A RU2101855C1 (en) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | Controlled acoustic electronic device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2101855C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162273C2 (en) * | 1999-01-10 | 2001-01-20 | Государственное предприятие Ульяновский механический завод | Reverberating ultrasonic delay line |
| RU2371841C2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-10-27 | Оао "Нпо "Эркон" | Acoustoelectric surface acoustic wave sensor |
| RU2468507C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Resonator based on higher types of volume acoustic waves |
-
1994
- 1994-07-05 RU RU94025231A patent/RU2101855C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Applied Physics Letters, v. 30, N 10, 15 May 1977, p. 506 - 508. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162273C2 (en) * | 1999-01-10 | 2001-01-20 | Государственное предприятие Ульяновский механический завод | Reverberating ultrasonic delay line |
| RU2371841C2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-10-27 | Оао "Нпо "Эркон" | Acoustoelectric surface acoustic wave sensor |
| RU2468507C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Resonator based on higher types of volume acoustic waves |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94025231A (en) | 1996-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100600807B1 (en) | Energy-collecting surface acoustic wave based non-power / wireless sensor | |
| JPH1054723A (en) | Angular velocity detector | |
| KR880003171A (en) | Surface Acoustic Gas Flow Rate Sensor with Magnetic Heating | |
| US5973438A (en) | Ultrasonic switching device | |
| US5838088A (en) | Surface acoustic wave device for sensing a touch-position | |
| US4199990A (en) | Elastic surface wave accelerometer | |
| RU2101855C1 (en) | Controlled acoustic electronic device | |
| US5925967A (en) | Ultrasonic switching device | |
| US12422536B2 (en) | Method of operating electro-acoustic transducers, corresponding circuit and device | |
| RU2101853C1 (en) | Adjustable acoustoelectronic device | |
| US9128565B2 (en) | Ultrasonic wave transmitter device, ultrasonic wave propagation time measurement system and ultrasonic wave propagation time measurement method | |
| RU2244908C2 (en) | Device for remote measuring of pressure | |
| JP3324720B2 (en) | Flow velocity measuring device | |
| JP4857464B2 (en) | Ultrasonic sensor | |
| JP3708226B2 (en) | Flow velocity measuring device | |
| US5798597A (en) | Surface acoustic wave device for sensing a touch-position | |
| EP0450030A1 (en) | Electroacoustic unit for generating high sonic and ultrasonic intensities in gases and interphases | |
| SU917007A1 (en) | Force pickup | |
| Zaitsev et al. | Reflection of ultrasonic Lamb waves produced by thin conducting strips | |
| JPH11108714A (en) | Ultrasonic transducer, driving method of ultrasonic transducer and flow velocity measuring device | |
| SU1603288A1 (en) | Device for determining concentration of free gas in fluid-like media | |
| SU1224974A1 (en) | Controlled phase shifter | |
| WO1996000464A1 (en) | SURFACE SKIMMING BULK WAVE GENERATION IN KTiOPO4 AND ITS ANALOGS | |
| RU2145411C1 (en) | Ultrasonic single-channel method of measuring of medium flow rate | |
| Devine et al. | Flexural composite oscillators for the measurement of anelastic and elastic properties of solids at frequencies of 1 to 10 kHz |