Пристрій для перетворення механічних параметрів в електричний сигнал

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в частотных датчиках силы и други х приводимых к ней величин, например, деформаций. Известен силоизмерительный преобразователь с частотным выходом, содержащий упругий элемент, изготовленный за одно целое с ним резонатор, систему для возбуждения и измерения частоты поперечных колебаний (авт.св. СССР № 142462, кл. G 01 L1/10, 1960). Недостатком такого силоизмерительного преобразователя является то, что в нем повышение начальной (несущей) частоты обеспечивается за счет уменьшения отношения длины стержня к его толщине при сохранении формы поперечного сечения. При этом уменьшается относительная чувствительность преобразователя, снижается стабильность работы автогенератора, увеличивается температурная погрешность. Известен также тензодатчик, выполненный на основе полупроводникового монокристалла, ориентированного под углом к главным кристаллографическим направлениям, содержащий два токовых и два боковых контакта, расположенных асимметрично, при этом токовые контакты подключены к источнику питания, а боковые контакты включены последовательно в схему генератора, образованного туннельным диодом и индуктивностью (авт.св. СССР № 463016, кл. G 01 L 1/14, 1973). Недостатком такого тензодатчика является относительно высокий порог чувствительности, что не позволяет производить замеры при небольших значениях давления (силы), кроме того такой тензодатчик достаточно сложен конструктивно. Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству для преобразования механических параметров в электрический сигнал является устройство для преобразования механических параметров, содержащее корпус, размещенные в корпусе мембраны, выполненные из монокристалла полупроводника, и измерители деформаций, выполненные за одно целое с мембранами в виде тензочувствительных интегральных схем, при этом оно снабжено кольцом из непроводящего твердого материала, герметично соединенного с буртиками мембран, а тензочувствительные интегральные схемы размещены на внутренней поверхности мембран (авт.св. СССР №489970, кл, G 01 L 1/22, 1974). Существенным недостатком описанной конструкции устройства для преобразования механических параметров в электрический сигнал является низкий порог чувствительности, а также сложность технологического изготовления мембран, так как для изготовления их кристаллы полупроводника необходимо опиливать для придания им нужной формы. В основу настоящего изобретения поставлена задача в устройстве для преобразования механических параметров в электрический сигнал путем изменения конструкции получить новый технический результат, выражающийся в снижении порога чувствительности и упрощении технологии изготовления устройства. Поставленная задача решается следующим образом. В известном устройстве для преобразования механических параметров в электрический сигнал, содержащем корпус, внутри которого размещен монокристалл из полупроводника с токовыми контактами, согласно предлагаемому изобретению в корпусе устройства дополнительно размещены постоянный магнит, источник напряжения и контактирующий с кристаллом полупроводника стержень для передачи усилия, при этом монокристалл полупроводника выполнен в форме бруска и размещен так, что векторы напряженностей электрического и магнитного полей параллельны кристаллографической оси монокристалла полупроводника с междудолинным перераспределением электронов при деформации. Выполнение монокристалла в форме бруска существенно упрощает технологию изготовления устройства, тогда как в прототипе монокристалл полупроводника необходимо либо опиливать для получения мембран с буртиками, либо выращивать в специальном контейнере, используя метод выплавляемых моделей, что достаточно сложно реализовать технологически. Совокупность же существенных отличительных признаков "размещение в корпусе постоянного магнита, источника напряжения, контактирующего с монокристаллом полупроводника стержня для передачи усилия, а также размещение (ориентация) монокристалла полупроводника так, что векторы напряженностей электрического и магнитного полей параллельны кристаллографической оси монокристалла полупроводника с междудолинным перераспределением электронов при деформации" позволяет снизить порог чувствительности устройства. Физика процесса основана на том, что одноосная деформация монокристаллов полупроводников, например, германия или кремния, вдоль некоторых кристаллографических осей, в частности, вдоль оси с междудолинным перераспределением электронов при деформации приводит к существенному изменению пороговых характеристик и частоты осцилисторных колебаний. На приведенном чертеже схематично изображено устройство для преобразования механических параметров в электрический сигнал в разрезе. Устройство для преобразования механических параметров в электрический сигнал содержит корпус 1 с размещенными внутри последнего кольцеобразными сердечниками 2 и ферритовыми кольцами 3, образующими постоянный магнит, при этом кольцеобразные сердечники 2 и ферритовые кольца 3 скреплены между собой и корпусом 1 жестко, например шпилькой 4. Разъемное соединение деталей и корпуса необходимо для обеспечения технологичности сборки устройства. Монокристалл полупроводника с токовыми контактами (на чертеже не показан) размещен внутри съемной втулки 5, закрепленной к сердечнику 2 посредством стопорного винта 6, а над монокристаллом полупроводника размещен стержень 7, предназначенный для передачи усилий от деформируемого тела через сателлит, выполненный в виде фигурного диска 8. В нижней части корпуса 1 смонтирован источник напряжения 9, электрически соединенный с токовыми контактами монокристалла полупроводника. Монокристалл полупроводника внутри съемной втулки 5 может быть закреплен не консольно, а обоими своими концами и тогда стержень 7 для передачи усилий размещают в средней части бруска монокристалла полупроводника. Устройство для преобразования механических параметров в электрический сигнал работает следующим образом. На токовые контакты монокристалла полупроводника от источника напряжения 9 подают напряжение, создавая электрическое поле в зоне монокристалла полупроводника. Монокристалл полупроводника с многодолинной структурой, ориентированной вдоль симметричной кристаллографической оси, постоянный магнит, выполненный из кольцеобразных сердечников 2 и ферритовых колец 3, а также образовавшееся электрическое поле, векторы напряженности которого параллельны векторам напряженности магнитного поля и указанной кристаллографической оси образуют осциллисторную систему, которая генерирует колебания тока, фиксируемые измерительным прибором (на чертеже он не показан, так как размещен вне корпуса заявляемого устройства). При возникновении деформации тела, эта де формация через фигурный диск 8, непосредственно контактирующий с деформируемым телом, передается посредством стержня 7 на монокристалл полупроводника, вызывая дополнительные колебания в осцилляторной системе. Эти колебания и фиксируют измерительным прибором. По величине дополнительных колебаний судят о величине деформации тела.