Устройство для определения температурных параметров кварцевых резонаторов Советский патент 1984 года по МПК G01R29/22 

Изобретение относится к измериг тельной технике и предназначено для контроля.температурно-частотной характеристики (ТЧХ) кварцевых резонаторов (КР) в диапазоне заданных температур. Известно устройство для определения экстремальной точки ТЧХ КР, содержащее последовательно соединенные кварцевый резонатор, возбудитель, частотный компаратор и блок измере Нин максимального отклонения частоты l . едостатком устройства является то, что оно не определяет коэффициент параболы ТЧХ. Кроме того, точность определения температуры экстре мальной точки для КР, имеющих большой технологический разброс параметров ТЧХ, низка, так как значение коэффициента параболы должно быть известно и постоянно. Наиболее близким по технической сущности к изобретению я.вляется устройство для определения температу ры экстремальной точки и коэффициента параболы ТЧХ КР, содержащее три нерегулируемых источника тепла, возбудитель с испытуемым КР, подключенный к компаратору частоты, второй вход которого соединен с управляе1.лм генератором опорной частоты, а выход соединен с блоком измерения максимал ного отклонения частоты и блоком измерения коэффициента параболы 2 . Недостатками известного устройства являются низкая производительност контроля вследствие наличия трех источников тепла, на каждом из которых контролируемый КР должен выдерживать ся, устройство не определяет максимальное отклонение частоты в диапазоне температур, при этом коэффициент параболы определяется с большой погреш ностью, так как на участке измерения по двум точкам парабола ТЧК практически аппроксимируется прямой линией Цель изобретения - повышение производительности измерения, а также увеличение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем два нерегулируемых источника тепла, последовательно соединенные кварцевый резонатор, возбудитель, компаратор частоты, второй вход которого соединен с генератором опорной частоты, блок измерения максимального отклонения частоты, а также блок измерения коэффициента параболы, пер вый вход которого соединен с выходо компаратора частоты, блок измерения коэффициента параболы,выполнен в виде последовательно соединенных инвер тора, сумматора и вычислителя, а также элемента ИЛИ, причем второй вход блока измерения коэффициента параболы соединен с выходом блока из мерения максимального отклонения частоты и объединен с вторыми входами сумматора, вычислителя и первым входом элемента ИЛИ блока измерения коэффициента параболы, при этом второй вход элемента ИЛИ блока измерения коэффициента параболы соединен с выходом сумматора. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - ТЧХ резонатора. Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные кварцевый резонатор 1, возбудитель 2, компаратор 3 частоты, второй вход которого соединен с генератором 4 опорной частоты, блок 5 измерения максимального отклонения частоты, содержащий диод б, накопительный конденсатор 7, разрядный резистор 8, ключ 9, усилитель 10, а. также калибровочный резистор 11, блок 12 измерения коэффи-циента параболы, выполненный в виде последовательно соединенных инвертора 13, сумматора 14 и вычитателя 15, а также элемент ИЛИ 16 и нерегулируемые источники 17 и 18 тепла. На выход 19 выводится значение коэффициента параболы R , на выход 20 значение температуры Тд, соответствующей частоте fg в экстремальной точке ТЧХ, на выход 21 - значение максимального отклонения частоты КР i i HQKC заданном диапазоне температур Т - Т. ТЧХ кварцевого резонатора может быть представлена квадратичной параболой вида йЬ-ра-т график которой представлен на фиг.2. Устройство работает следующим образом. Источник 17 тепла имеет фиксироBaHHSTo температуру Т , более низкую, чем TQ, а источник 18 тепла имеет фиксированную температуру Т более высокук), чем Т (фиг. 2) . Испытуемый кварцевый резонатор 1 помещается в зону источника 17 тепла и его температура устанавливается равной значению T. Частота кварцевого резонатора 1 при температуре Т имеет значение 1( Сигнал с возбудителя 2 поступает на вход компаратора 3 частоты, на второй вход которого подается сигнал с генератора 4 опорной частоты. Перед каждым циклом измерения частота генератора 4 опорной частоты устанавливается равной значению i, и поддерживается в течение всего цикла измерения. Напряжение на выходе компаратора 3 частоты при этом равно нулю. При изменении температуры испытуемого кварцевого резонатора 1 изменяется giro частота и на выходе компаратора

3 частоты возникает напряжение, пропорциональное относительному отклонению частоты от i

Предварительно накопительный конденсатор 7 разряжается через разрядный резиртор 8 путем замыкания ключа 9. Затем испьзтуемый резонатор 1 перемещается в зону с температурой Т , при этом частота импытуемого резонатора 1 изменяется и стремится к значению fj , проходя через свое максимальное значение 1д . Сигнал с выхода компаратора 3 частоты имеет положительный знак и через открытый диод 6 поступает на накопительный конденсатор 7, играющий совместно с усилителем 10, имеющим высокое входное сопротивление, роль запоминающего устройства. При достижении частотой испытуемого резонатора 1 значения i на накопительном конден саторе 7 накапливается напряжение, пропорциональное максимальному отклонению частоты it, с выхода компаратора 3 частоты. Далее частота испытуемого резонатора 1 уменьшается до значения fj , и сигнал с выхода компаратора 3 частоты также уменьшается, оставаясь положительным. В итоге к диоду 6 прикладывается запирающее напряжение, накопительный конденсатор 7 отключается от выхода компаратора 3 частоты, так как в этом случае закрытый диод 6 имеет высокое сопротивление. Сигнал с компаратора 3 частоты, пропорциональный разности частот 1 и i, , поступает через инвертор 13 на вход сумматора 14, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный li) .На выходе сумматора 14 формируется сигнал пропорциональный

l- . ,

Значения i иь12 поступают в

вычислитель 15 для определения значения температуры Т, соответствую щей экстремальной точке из соотноиге ния

т - к Ст - т,) 0

которое определяется путем решения системы уравнений

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ, содержащее два нерегулируемых источника тепла, последовательно соединенные кварцевый резонатор, возбудитель, компаратор частоты, второй вход которого соединен i BCFCf sm с генератором опорной частоты, блок измерения максимального отклонения частоты, а также блок измepe Гмя коэффициента параболы, первый вход которого соединен с выходом компаратора частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности измерения, блок измерения коэффициента параболы выполнен в виде последовательно соединенных инвертора, сумматора и вычитателя, а также элемента ИЛИ, причем второй вход блока измерения коэффициента параболы соединен с выходом блока измерения максимального отклонения частоты и объединен с вторыми входа-. ми сумматора-вычислителя и первым § входом элемента ИЛИ, блока измерения коэффициента параболы, при этом вто- jfЛ рой вход элемента ИЛИ измерения коэффициента параболы соединен с выходом сумматора. с