УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ПОЛИМЕРАХ Российский патент 2021 года по МПК G01R29/22 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к средствам измерения электрического напряжения, и может быть использовано при измерении напряжения пьезоэлектрического эффекта для контроля изменения предела прочности полимерных материалов.

Известны следующие основные способы измерения электрического напряжения, которые могут быть использованы, в том числе, для измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах:

- прямые способы измерения напряжений, в том числе, измерение напряжения путем подсоединения измерительного устройства параллельно с измеряемым элементом [Дивин А.Г. Методы и средства измерений, испытаний и контроля :учебное пособие. В 5 ч. / А.Г. Дивин, С.В. Пономарев. - Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. - Ч. 1. - 104 с. - 100 экз. -ISBN 978-5-8265-0987-6], в том числе компенсационный способ измерения напряжений, при котором электрическое напряжение измеряется путем сравнения с известным напряжением [Эрик Ланге Датчики тока компенсационного типа // Силовая Электроника, №3. 2014. С.42-44], мостовой способ измерения напряжения, при котором используется мостовая схема сравнения напряжений [Пат. 2615167 Российская Федерация, МПК G01R 19/10 (2006.01), G01R 17/00 (2006.01) Устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков. Авторы: Ушаков И.В., Фесенко А.И., патентообладатели: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU); заявл. 29.03.2016; опубл. 04.04.2017. Бюл.№10];

- косвенные способы измерения напряжений, в том числе, оптический способ, при котором электрическое напряжение преобразуется в оптический сигнал с последующим измерением соответствующих параметров этого оптического сигнала [Пат. 2539114 Российская Федерация, МПК G01R 15/22 (2006.01) Волоконно-оптический измеритель напряжения. Авторы: Степанов А.А., Иванов В.В., Новиков М.А., патентообладатели: Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" (RU), Общество с ограниченной ответственностью "АйКью Системс" (RU); заявл. 23.07.2013, опубл. 10.01.2015 Бюл.№1], частотный (или фазовый) способ, при котором электрическое напряжение преобразуется в электрическое колебание, частота или фаза которого пропорциональна величине измеряемого электрического напряжения [Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. - М.: Машиностроение, 1979. - 256 с.].

Известные аналоги устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах основаны:

- на устройстве измерения контактной разности потенциалов [Пат. 2717747 Российская Федерация, МПК G01R 29/12 (2006.01) Устройство измерения контактной разности потенциалов металлических деталей авиационной техники. Авторы: Олешко В.С., Ткаченко Д.П., Федоров А.В., патентообладатели: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"; заявл.14.08.2019; опубл. 25.03.2020. Бюл.№9]. Суть метода заключается в том, что устройство измерения контактной разности потенциалов металлических деталей авиационной техники содержит цифровой портативный осциллограф с памятью и соединенный с ним датчик, содержащий измерительный электрод сравнения из никеля, соединенный с колебательным контуром, оснащенным пьезоэлементом, и предварительный усилитель, при этом электрическая схема управления колебательным контуром включает в себя интегральную схему-таймер, а предварительный усилитель содержит операционный усилитель.

- на устройстве, измерения контактной разности потенциалов [Пат. 2532590 Российская Федерация, МПК G01R 19/14 (2006.01) Способ измерения контактной разности потенциалов. Авторы: Волков С.С., Николин С.В., Тимашев М.Ю., Суворов Д.В., Гололобов Г.В., патентообладатели: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU); заявл. 23.07.2013, опубл. 10.11.2014. Бюл.№31]. Суть изобретения заключается в том, что поверхности материалов, между которыми измеряют контактную разность потенциалов, располагают друг напротив друга, при этом измеряемые материалы удаляют друг от друга и соединяют с электрически незаряженным проводником (землей), и размещают между ними материал с большой диэлектрической постоянной, в частности сегнетоэлектрик. Затем соединяют исследуемые материалы друг с другом через резистор и в момент времени присоединения резистора измеряют на резисторе импульс напряжения и определяют величину контактной разности потенциалов как величину измеренного напряжения на резисторе;

- на устройстве для измерения отношения напряжения мостовых датчиков [Пат. 2615167 Российская Федерация, МПК G01R 19/10 (2006.01), G01R 17/00 (2006.01)Устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков. Авторы: Ушаков И.В., Фесенко А.И., патентообладатели: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU); заявл. 29.03.2016; опубл. 04.04.2017. Бюл.№10]. Суть изобретения состоит в том, что устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков содержит рабочий и сравнительный мосты, соединенные последовательно своими измерительными диагоналями, которые подключены к входу усилителя, петлю отрицательной обратной связи, которой охвачен усилитель, причем оно дополнительно снабжено последовательно соединенными селектируемым пиковым детектором, запоминающей емкостью, двуквадрантным генератором управляемой частоты, стандартизатором импульсов по длительности и амплитуде и преобразователем частоты в напряжение, соединенным своим выходом с диагональю питания сравнительного моста, а вход селектируемого пикового детектора связан с выходом усилителя, при этом выход генератора подключен также к входу цепи управления работой селектируемого детектора и диагонали питания рабочего моста;

- на устройстве для измерения напряжения параметров переменных электрических полей [Пат. 2715347 Российская федерация, МПК G01R 15/22 (2006.01), G02B 6/12 (2006.01), СПК G01R 15/241 (2019.08), G02B2006/12121 (2019.08).Волоконно-оптический измеритель напряжения. Авторы: Смирнов А.Б., Карпенко О.И., Муллин Ф.Ф., Морозов О.Г., Нуреев И.И., Фасхутдинов Л.М., Сахабутдинов А.Ж., Кузнецов А.А.; патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью "М12СИСТЕМС" (RU); заявл. 1.08.2019; опубл. 26.02.2020. Бюл.№6]. Суть изобретения состоит в том, что устройство для измерения напряжения параметров переменных электрических полей содержит источник лазерного излучения, устройство оптической развязки, первый выход которого соединен с волоконно-оптическим световодом, а второй - с входом фотоприемника, первый чувствительный элемент на основе волоконной брэгговской решетки, установленный в измерительной камере так, чтобы находиться под действием ненулевой составляющей напряжения измеряемого электрического поля, и микропроцессорный блок управления и измерения напряжения, вход которого подключен к выходу фотоприемника, первый выход - к входу управления температурой лазера, второй выход - к входу управления длиной волны излучения лазера. Также в волоконно-оптический датчик измерения дополнительно введены второй чувствительный элемент на основе волоконной брэгговской решетки, установленный в измерительной камере так, чтобы находиться под воздействием нулевой составляющей напряжения измеряемого электрического поля, волоконно-оптический коммутатор, периодически соединяющий первый и второй чувствительные элементы с волоконно-оптическим световодом, и формирователь двухчастотного зондирующего излучения, установленный между лазером и входом устройства оптической развязки.

- на устройстве для измерения неэлектрических величин [Пат. 935700 СССР, G01B 7/00 Устройство для измерения неэлектрических величин. Авторы: Л.Г. Темник, К.С. Популях, М.В. Кривогин, В.К. Гусельников, М.Н. Селицкий; заявл. 19.11.80; опубл. 15.06.82 Бюл.№22], выбранного в качестве прототипа заявляемого устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах. Прототип устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах содержит первый и второй автогенераторы, измерительный и опорный LC-контуры, первый, второй, третий и четвертый ключи, первый, второй, третий и четвертый счетчики, первый и второй дешифраторы, элемент совпадения кодов, блок вычитания, блок управления и индикатор, причем выходы первого и второго автогенераторов соединены с входами первого и третьего ключей соответственно, а выходы первого, второго и третьего ключей - с входами соответственно первого, второго и третьего счетчиков, при этом выход четвертого ключа через последовательно соединенные блок вычитания, четвертый счетчик и второй дешифратор подсоединен к входу индикатора, выход первого счетчика - к входу первого дешифратора, выходы второго и третьего счетчиков - к первому и второму входам элемента совпадения кодов соответственно, а выход последнего подключен к первому входу блока управления, второй вход которого подсоединен к выходу первого дешифратора, первый выход - к управляющим входам первого и третьего ключей одновременно, а второй выход - к управляющим входам второго и четвертого ключей одновременно. Также в устройство для измерения неэлектрических величин дополнительно введены пятый, шестой, седьмой и восьмой ключи, при этом входы пятого и шестого ключей подсоединены к измерительному LC-контуру, седьмого и восьмого ключей - к опорному LC-контуру, а выходы пятого и восьмого ключей соединены с входом первого автогенератора одновременно, при этом выход последнего подключен к входу четвертого ключа, а выходы шестого и седьмого ключей - к входам второго автогенератора, выход которого соединен с входом второго ключа, кроме того, управляющие входы пятого и седьмого ключей соединены с первым входом блока управления, к второму выходу которого подключены управляющие входы шестого и восьмого ключей.

Устройство, приведенное в качестве прототипа устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах имеет ряд недостатков. Основным недостатком является:

- с помощью этого устройства невозможно измерять пьезоэлектрическое напряжение для обеспечения контроля изменений в структуре соответствующего полимерного материала. Этот недостаток обусловлен тем, что в опорном генераторе, частота которого используется в качестве эталона для сравнения с частотой, пропорциональной измеряемому напряжению, используется опорный LC-колебательный контур. При выборе собственной частоты этого опорного LC-колебательного контура невозможно учесть изменений, происходящих при внешних механических деформациях в структуре исследуемого полимерного материала, обладающего пьезоэлектрическим эффектом.

Техническая проблема заключается в создании устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, обеспечивающего возможность измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта, связанного с изменениями в структуре исследуемого полимерного материала.

Технический результат заключается в том, что устройством измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах осуществляется измерение пьезоэлектрического напряжения для контроля изменений в структуре соответствующего полимерного материала, для чего реализуют косвенный метод измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта путем преобразования этого напряжения в фазу колебаний автогенератора с последующим ее детектированием и определением величины напряжения пьезоэлектрического эффекта.

Технический результат в устройстве измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, содержащем первый и второй автогенераторы, достигается тем, что дополнительно колебательный контур первого и второго автогенераторов соответственно содержат по два электрода из проводящего материала, предназначенных для закрепления на противоположных поверхностях исследуемого и опорного полимерных материалов соответственно, выходы первого и второго автогенераторов подключены к соответствующим входам фазового детектора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу блока обработки информации, выход которого подключен к входу устройства отображения информации.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, на фиг.2 изображена структурная схема устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, где электроды размещены на исследуемом и опорном материалах, на фиг.3 представлен алгоритм работы блока обработки информации устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах.

Устройство измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, изображенное на фиг.1, содержит генератор с изменяемой фазой колебаний 1, выход которого соединен с первым входом ключа 2; первый автогенератор 3, в состав которого входит активный элемент 4 и колебательный контур 5, который содержит два электрода из проводящего материала - первый электрод 6 и второй электрод 7, к каждому из электродов, первому 6 и второму 7 подсоединены по одному проводнику 8, другой конец каждого из проводников 8 соединен соответственно с индуктивностью колебательного контура автогенератора 3, выход которого соединен со вторым входом ключа 2, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 9, например, балансного смесителя; второй автогенератор 10, в состав которого входит активный элемент 11 и колебательный контур 12, который содержит два электрода из проводящего материала - первый электрод 13 и второй электрод 14, к каждому из электродов, первому 13 и второму 14 подсоединены по одному проводнику 15, другой конец каждого из проводников 15 соединен соответственно с индуктивностью колебательного контура автогенератора 10, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 9, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот 16, выполненным, например, на основе R и C элементов, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 17, выход которого соединен с блоком обработки информации 18, представляющим собой микроконтроллер, например, Arduino, выход которого подсоединен к блоку отображения информации 19, например, LCD 1602.

Устройство измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, изображенное на фиг.2, содержит генератор с изменяемой фазой колебаний 1, выход которого соединен с первым входом ключа 2; первый автогенератор 3, в состав которого входит активный элемент 4 и колебательный контур 5, который содержит два электрода из проводящего материала - первый электрод 6 и второй электрод 7, к каждому из электродов, первому 6 и второму 7 подсоединены по одному проводнику 8, другой конец каждого из проводников 8 соединен соответственно с индуктивностью колебательного контура автогенератора 3, выход которого соединен со вторым входом ключа 2, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 9, например, балансного смесителя; второй автогенератор 10, в состав которого входит активный элемент 11 и колебательный контур 12, который содержит два электрода из проводящего материала - первый электрод 13 и второй электрод 14, к каждому из электродов, первому 13 и второму 14 подсоединены по одному проводнику 15, другой конец каждого из проводников 15 соединен соответственно с индуктивностью колебательного контура автогенератора 10, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 9, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот 16, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 17, выход которого соединен с блоком обработки информации 18, выход которого подсоединен к блоку отображения информации 19, электроды первый 6 и второй 7 размещены на исследуемом материале 20, а электроды первый 13 и второй 14 размещены на опорном материале 21 и закреплены на этих материалах, например, путем подклейки.

Генератор с изменяемой фазой колебаний 1, первый автогенератор 3, второй автогенератор 10, аналого-цифровой преобразователь 17, блок обработки информации 18, блок отображения информации 19 имеют систему электропитания, которая на фиг.1 не представлена.

Объектом измерения может быть полимерный монолитный материал, обладающий пьезоэлектрическими свойствами, например, поликарбонат, поливинилиденфторид. Рассмотрим работу устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах на примере измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта, возникающего в монолитном поликарбонате при механических деформациях (сжатие, растяжение). Различные внешние факторы (например, ветровые нагрузки или иные воздействия, приводящие к механическим деформациям) воздействуют на монолитный поликарбонат в процессе его эксплуатации, что приводит к накоплению изменений в структуре материала, а, следовательно, к изменению его предела прочности [Бобина Е.А., Гимадеева Л.А., Данилаев М.П. Определение механических напряжений, возникающих в полимерных стеклах в процессе эксплуатации // Инженерный вестник Дона. 2018. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2018/4979]. Так, известно [Карасёва С.Я. Химические реакции полимеров: учеб. пособие / С.Я. Карасёва, В.С. Саркисова, Ю.А. Дружинина. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. - 125 с.: ил.], что под воздействием ультрафиолетового облучения одновременно с циклическими нагрузками происходит разрыв химических связей в полимерных молекулах поликарбоната, вследствие чего уменьшается предел прочности поликарбоната. Поэтому создание устройства контроля, позволяющего определять критические изменения в структуре материала, является актуальной задачей. Предлагаемое устройство измерения напряжения основывается на автогенераторном способе измерения электрических величин. При внешнем воздействии на поликарбонат на его противоположных поверхностях возникает разность потенциалов, являющаяся проявлением пьезоэлектрических свойств материала. Если на его противоположных поверхностях расположить два электрода из проводящего материала, первый электрод 6 и второй электрод 7, то они будут представлять собой емкость, включенную в колебательный контур 5 первого автогенератора 3. При внешнем воздействии на такую емкость будет меняться заряд на ней, а, следовательно, частота и фаза колебаний в автогенераторе. В рассматриваемом устройстве измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах напряжение пьезоэлектрического эффекта (пьезонапряжение) пропорционально разности фаз выходных колебаний первого автогенератора 3 и второго автогенератора 10, и, соответственно, пьезонапряжение пропорционально напряжению на выходе фильтра нижних частот 16. Однако для определения значения пьезонапряжения необходимо сначала определить калибровочную характеристику. Генератор с изменяемой фазой колебаний 1 в данной схеме измерений подключается к фазовому детектору 9 посредством замыкания ключа 2 для определения калибровочной характеристики. Генератор с изменяемой фазой колебаний 1 может быть представлен в виде генератора сигналов ATF10B [https://micromir-nn.ru/Generator/atten/ATF20B_manual.pdf].

Исследуемый сигнал с выхода первого автогенератора 3, включающего полимерный материал, подвергаемый внешним механическим воздействиям, приводящим к изменению пьезонапряжения, поступает в фазовый детектор 9. Когда ключ 2 разомкнут, одновременно с исследуемым сигналом в фазовый детектор 9 поступает опорный сигнал со второго автогенератора 10, в состав которого входит полимерный материал, на который нет внешних воздействий. На выходе фазового детектора 9 формируется сигнал, пропорциональный разности фаз входных сигналов, который оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя 17 и поступает в блок обработки информации 18. Второй автогенератор 10 является в данной схеме измерений опорным автогенератором и включает в состав колебательного контура 12 опорную емкость, выполненную в виде второго полимерного материала, обладающего пьезоэлектрическим эффектом, - поликарбоната, на который не воздействуют внешние силы, с расположенными на его противоположных поверхностях первым электродом 13 и вторым электродом 14. Причем характеристики (толщина, тип и марка) полимерных материалов, подключаемых в колебательные контура первого и второго автогенераторов 3 и 10 соответственно выбираются одинаковыми. Первый автогенератор 3 и второй автогенератор 10 могут быть выполнены по схеме ёмкостной трехточки [Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2003. - 560 c.]. Электроды 6, 7, 13, 14 могут быть закреплены на поверхностях поликарбонатов, например, с помощью подклейки тонкой площадки из проводящего материала - меди. Фазовый детектор 9, в котором происходит измерение разности фаз поступающих сигналов, может быть выполнен на интегральной микросхеме 1508ПЛ9Т [http://multicore.ru/mc/data_sheets/Manual_PLL_1508PL9T_1340_260515.pdf]. Фильтр нижних частот 16 может представлять собой микросхему 298ФН11. Аналого-цифровой преобразователь 17 может быть построен на микросхеме AD7771 (тип SAR), имеющей 12 разрядов с последовательной аппроксимацией сигнала. Сигнал с аналого-цифрового преобразователя 17 передается на блок обработки информации 18 (например, ATmega8 [Баранова Елизавета Михайловна, Глаголев Владислав Максимович, Щепакин Константин Михайлович Программирование микроконтроллера на языке Си // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. №9-2. URL: https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-2486-8-bit-AVR-microcontroller-ATmega8_L_datasheet.pdf]). Выход блока обработки информации 18 соединяется с входом блока отображения информации 19, представляющего собой, например, графический дисплей LCD 1602 [Пономарев А. В. Применение компьютерных технологий в приборостроении на примере разработки генератора прямоугольных импульсов // Омский научный вестник. 2020. №2 (170)].

Рассмотрим работу устройства измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, представленного на фиг.1 с учетом выполнения алгоритма работы блока обработки информации 18 по фиг.2.

Устройство измерения напряжения начинает работу после подключения системы электропитания, которая на фиг.1 не представлена. В блок обработки информации 18 загружается программа алгоритма, представленного на фиг.2.

В блоке обработке информации 18 реализуется алгоритм по фиг.2 с использованием любого языка программирования. Сначала выбирается режим работы алгоритма: 1 - подготовительный режим (для проведения калибровки устройства измерения напряжений). В подготовительном режиме работы ключ 2 находится в разомкнутом положении, таким образом подключая генератор с изменяемой фазой колебаний 1 ко второму входу фазового детектора 9. При изменении фазы колебаний от 0 до 360 градусов, в память микроконтроллера, входящего в состав блока обработки информации 18 записывается калибровочная характеристика U_ФНЧ=f(U_АГ), где U_ФНЧ - напряжение на выходе фильтра нижних частот 16, U_АГ - напряжение, возникающее в автогенераторе. За счет изменения фазы колебаний будет происходить сдвиг частоты и, соответственно, уменьшение амплитуды. Поэтому калибровочная характеристика связана с амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристикой автогенератора, которые показывают, что изменение частоты влечет за собой изменение фазы колебаний и наоборот [Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебник для вузов /Л.А. Белов, В.М. Богачев, М.В. Благовещенский и др; под ред. Г.М. Уткина и др. М. Радио и связь, 1994, 416с.; Радиопередающие устройства. Учебник для вузов / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др; под ред. В.В. Шахгильдяна М. Радио и связь, 1996, 560с.]. Калибровочная характеристика записывается в виде таблицы.

Затем алгоритм возвращается к метке «1». Задается режим работы 2, соответствующий измерительному режиму. Ключ 2 замыкают. Устанавливается номер измерения n=0, где n - натуральный ряд чисел. Следующее действие задает номер текущего измерения по формуле n=n+1. Оцифрованный измерительный сигнал U_ФНЧn^’ (U_ФНЧn^’ - значение напряжения с выхода фильтра нижних частот, пропорциональное разности фаз, соответствующее номеру измерения n) с аналого-цифрового преобразователя 17 считывается блоком обработки информации 18. Из памяти блока обработки информации 18 считывается калибровочная характеристика U_ФНЧ=f(U_АГ). В блоке обработки информации 18 по полученной калибровочной характеристике значению U_ФНЧn^’ ставится в соответствие значение пьезонапряжения U_пn (U_пn - значение измеряемого пьезонапряжения, соответствующее номеру измерения n), равное значению U_АГ из калибровочной характеристики. В блок отображения информации 19 выводится значение измеренного пьезонапряжения U_пn. Далее, если оператору необходимо продолжить измерения, он возвращает алгоритм к метке «2», а если нет, алгоритм заканчивает свое выполнение.

Предлагаемое устройство измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах имеет технический результат, который заключается в том, что устройством измерения напряжения осуществляется измерение пьезоэлектрического напряжения для контроля изменений в структуре соответствующего полимерного материала, для чего устройство измерения напряжения содержит первый автогенератор, в колебательный контур которого подключен полимерный материал, обладающий пьезоэлектрическим эффектом и подвергаемый внешним механическим воздействиям, приводящим к механическим деформациям (растяжение, сжатие, сдвиг) такого полимерного материала, на противоположных поверхностях которого, друг напротив друга, расположены два электрода, одинаковых по форме и размерам и выполненных из проводящего материала, также содержит второй автогенератор, в колебательный контур которого подключен полимерный материал, обладающий пьезоэлектрическим эффектом, на противоположных поверхностях которого, друг напротив друга расположены два электрода, одинаковых по форме и размерам и выполненных из проводящего материала, выходы первого и второго автогенераторов подключены соответственно к первому и второму входам фазового детектора, выход которого подключен к фильтру нижних частот, выход которого подключен к блоку обработки информации, в котором по соответствующему алгоритму осуществляется вычисление напряжения пьезоэлектрического эффекта, по которому определяют изменения в структуре полимерного материала, обладающего пьезоэлектрическим эффектом и расположенного в колебательном контуре измерительного автогенератора, выход блока обработки информации соединен с входом блока отображения информации, на котором выводится информация об измеренном значении напряжения пьезоэлектрического эффекта. Таким образом, устройство измерения напряжения позволяет измерять напряжение пьезоэлектрического эффекта, связанное с изменениями в структуре исследуемого полимерного материала. Устройство измерения напряжений позволяет также измерять любое напряжение, если вместо первого и второго полимерных материалов подключить опорную и исследуемую ёмкости.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к средствам измерения электрического напряжения, и может быть использовано при измерении напряжения пьезоэлектрического эффекта для контроля изменения предела прочности полимерных материалов. Технический результат: возможность контроля изменений в структуре полимерного материала путем измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта. Сущность: колебательные контуры первого и второго автогенераторов соответственно содержат по два электрода из проводящего материала, предназначенные для закрепления на противоположных поверхностях исследуемого и опорного полимерных материалов соответственно. Выходы первого и второго автогенераторов подключены к соответствующим входам фазового детектора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот (ФНЧ). Выход ФНЧ подключен к входу блока обработки информации, выход которого подключен к входу устройства отображения информации. 3 ил.

Устройство измерения напряжения пьезоэлектрического эффекта в полимерах, содержащее первый и второй автогенераторы, отличающееся тем, что дополнительно колебательные контуры первого и второго автогенераторов соответственно содержат по два электрода из проводящего материала, предназначенные для закрепления на противоположных поверхностях исследуемого и опорного полимерных материалов соответственно, выходы первого и второго автогенераторов подключены к соответствующим входам фазового детектора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, выход фильтра нижних частот соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом блока обработки информации, выход которого подключен к входу устройства отображения информации.