БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ И НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Бесконтактный датчик давления, температуры и напряженности
1. Техническое решение по пункту 1 относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим электромагнитное излучение, возникающее при колебании магнитного момента, для измерения давления окружающей среды.
Известны аналогичные бесконтактные датчики давления, наиболее близкий по своей технической сущности к заявленному описан в G. Scholl, F Schmidt, Т. Ostertag. RF-powered Wireless SAW Sensors. Proceeding of 9-th International Trade Fair and Conference for Transducers and Systems, Numberg, Germany, 1999, p. 227.
OH содержит пластину, выполненную из кристалла, приемную антенну, нанесенную на поверхность пластины,и передающую антенну, нанесенную на поверхность пластины.
Этот бесконтактный датчик давления работает следующим образом. Электромагнитная волна от внещнего излучателя принимается приемной антенной, которая преобразует электромагнитную волну в поверхностную акустическую волну на пластине из кристалла. Поверхностная акустическая волна поступает на передающую антенну, которая преобразует поверхностную акустическую волну в электромагнитную волну и излучает последнюю в окружающую среду. При этом затухание поверхностной акустической волны при распространении в кристалле от приемной антенны к передающей антенне зависит от давления окружающей среды. Поэтому амплитуда электромагнитной волны, излучаемой датчиком, зависит от давления окружающей среды в месте расположения датчика. Эта
магнитного поля.
электромагнитная волна принимается внешним приемным устройством, в котором по значению амплитуды принятого сигнала определяют давление окружающей среды в месте расположения датчика.
Недостатком указанного бесконтактного датчика давления является низкая чувствительность. Это обусловлено тем, что затухание поверхностной акустической волны слабо зависит от давления окружающей среды (газа), в которой находится пластина, выполненная из кристалла А.С. Slobodnik. Attenuation of microwave acoustic surface wave during to gas lording. J. Applay Physics, 1972, v43, №6, p.2565, что приводит к слабой зависимости амплитуды электромагнитной волны, излучаемой датчиком, от давления.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение необходимой чувствительности бесконтактного датчика к воздействию давления окружающей среды (газа).
Это достигается тем, что бесконтактный датчик давления, содержащий пластину, отличается тем, что он содержит полость, которая закрыта пластиной, выполненной в виде мембраны, а пластина изготовлена из магнитного материала или на нее нанесено покрытие из магнитного материала.
Суть предложения поясняется чертежом, изображающим бесконтактный датчик давления, с пластиной выполненной из магнитного материала (фиг. а), и с пластиной, на которую нанесено покрытие из магнитного материала (фиг. б).
Бесконтактный датчик давления (фиг. а или фиг. б) содержит полость 1 и пластину 2, закрывающую полость 1 и выполненную в виде мембраны, при этом пластина 2 изготовлена из магнитного материала (фиг.а) или на нее нанесено покрытие 3 из магнитного материала (фиг. б)
Работает бесконтактный датчик давления следующим образом.
Под действием акустической или электромагнитной волны от внещнего соответственно акустического или электромагнитного излучателя, частота которого изменяется по произвольному закону (например, по пилообразному
закону) вокруг частоты собственных колебаний нолости, представляющей собой акустический резонатор, пластина 2 будет совершать колебания с частотой внешнего излучателя. При  случае внешнего акустического излучателя колебания пластины 2 вызываются акустическими колебаниями внешней среды, а в случае внешнего электромагнитного излучателя колебания пластины 2 вызываются магнитострикционными колебаниями пластины 2, если она выполнена из магнитного материала, или покрытия 3. Изменения давления внешней среды вызывает деформацию (прогиб или выгиб) пластины, что приводит к изменению объема полости 1 и, следственно, к изменению частоты собственных колебаний полости 1 Релей. Теория звука, т.2, М. 1955, В момент, когда изменяюп ;аяся частота излучаемых колебаний внешнего источника совпадает с частотой собственных колебаний полости 1, амплитуда колебаний пластины 2 будет наибольшей. Пластина 2, выполненная из магнитного материала, или нанесенное на нее покрытие 3 из магнитного материала представляют собой элементарный магнит с магнитным моментом Ms (фиг. а, фиг. б). Следовательно, с частотой колебаний пластины будет колебаться и магнитный момент Ms. Колебания магнитного момента приводят к излучению электромагнитной волны на частоте колебания магнитного момента. И.Е. Тамм. Основы теории электричества. М., Наука, 1989.
Таким образом, предлагаемый бесконтактный датчик давления излучает электромагнитную волну, частота колебаний которой совпадает с частотой колебаний акустической или электромагнитной волны внешнего источника. При этом амплитуда колебаний излучаемой датчиком электромагнитной волны будет наибольшей, когда частота этих колебаний совпадет с собственной частотой полости 1. Таким образом, представленный бесконтактный датчик преобразует давление окружаюш,ей среды (газа) в электромагнитную волну, имеющей наибольшую амплитуду колебаний на частоте, определяемой давлением окружающей среды в месте расположения датчика.
Излучаемая датчиком электромагнитная волна принимается внешним приемным устройством, в котором измеряют частоту принятого сигнала и по значению частоты принятого сигнала, на который амплитуда колебаний наибольшая, определяют давление окружаюш,ей среды в месте расположения датчика.
Необходимая чувствительность бесконтактного датчика давления достигается за счет того, что измерение частоты приятого сигнала может быть выполнено с высокой точностью с помош;ью стандартной радиотехнической аппаратуры Ж. Макс. Методы и техника обработки сигнала при физических измерениях. М., Мир, т.2 1983.
2. Техническое решение по пункту 2 относится к физическим измерениям, а именно, к радиотехническим средствам, использующим электромагнитное излучение, возникаюш;ее при колебании магнитного момента, для измерения температуры окружаюш;ей среды.
Известны аналогичные бесконтактные датчики температуры, наиболее близкий к заявляемому описан в А.Г. Жуков, А.Н. Горюнов, А. А. Кольфа. Тепловизионные приборы и их применение. М., Радио и связь, 1983.
Он содержит тепловизионный приемник, который регистрирует инфракрасное излучение объекта, температуру которого требуется измерить. Мош;ность потока излучения регистрируемого телевизионным приемником, определяется температурой объекта, что позволят преобразовать температуру объекта в электрический сигнал приемника. По значению этого сигнала определяют значение температуры объекта.
Недостатком указанного датчика температуры является наличие оптического канала, т.е. необходимость визуально наблюдать наблюдаемый объект.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение возможности определения температуры объекта при отсутствии возможности визуального наблюдения объекта, температуру которого необходимо
3/3i
измерить. Это достигается тем, что в качестве бесконтактного датчика температуры применяется устройство по пункту 1.
Работает бесконтактный датчик температуры следующим образом.
При изменении температуры внешней среды и постоянном давлении размеры полости, а следовательно, собственная частота полости (резонатора) также изменится. Поэтому по изменению собственной частоты полости аналогично пункту 1 определяется температура окружающей среды. Поскольку конструкция элементов и принцип работы устройства пункта 1 не изменены, устройство по пункту 2 является бесконтактным. Таким образом, применение устройства по пункту 1 в качестве бесконтактного датчика температуры приводит к достижению поставленной цели.
3. Техническое решение по пункту 3 относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим электромагнитное излучение, возникающее при колебании магнитного момента для измерения напряженности магнитного поля.
Известны аналогичные устройства для измерения напряженности магнитного поля - магнитометры Физический энциклопедический словарь., гл. ред. A.M. Прохоров. М., Сов. энциклопедия, 1984, с.318, наиболее близкое по своей технической сущности, основанное на эффекте Холла, описано в Г. Вайес. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение. М., 1974.
Недостатком указанного устройства для измерения напряженности магнитного поля является то, что оно требует внещнего питания и, поэтому к нему подводятся провода, т.е. известное устройство не является бесконтактным.
Задачей предлагаемого технического рещения является обеспечение возможности бесконтактного определения напряженности магнитного поля.
Это достигается тем, что в качестве бесконтактного датчика напряженности магнитного поля применяют устройство по пункту 1.
5/3 5
Работает бесконтактный датчик напряженности магнитного поля следующим образом.
При изменении напряженности внешнего магнитного поля (при постоянных давлении и температуре) магнитострикция вызывает деформацию (растяжение или сжатие) магнитного материала. Поэтому пластина 2 испытывает прогиб или выгиб соответственно, что приводит к изменению резонансной частоты полости 1, как было показано в пункте 1.
Таким образом, в предлагаемом устройстве резонансная частота (при постоянных давлении и температуре) зависит от напряженности магнитного поля окружающей среды. Следовательно, в предлагаемом устройстве достигается поставленная цель - обеспечивается возможность бесконтактного определения напряженности магнитного поля.
3/ 4 Формула