Устройство для контроля параметров электрических схем Советский патент 1986 года по МПК G01R31/28 G01R19/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня напряжения в электрических цепях бесконтактным способом.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения значения уровня напряжения без непосредственного контакта с контролируемой электрическ;ой цепью.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит щуп 1, неинвертирующий усилитель 2, аналого- цифровой преобразователь 3,.буферный регистр 4, дешифратор 5, блок 6 индикации, первый 7 и второй 8 элементы задержки, первый 9 и второй 10/ формирователи импульсов.

Щуп 1 содержит металлическую пластину 11 с нанесенным на нее слоем 12 сегнетоэлектрика, первый 13 и второй 14 электроды.

Неинвертирующий усилитель 2 соединен входом с выходом щупа 1, дешифратор 5 соединен выходами с входами блока 6 индикации.

Выход неинвертирующего усилителя соединен через аналого-цифровой преобразователь 3 с информационными входами буферного регистра 4, через первый элемент 7 задержки - с запускающим входом первого формирователя 9 импульсов, соединенного блокирующим входом через последовательно соединенные второй формирователь 10 импулсов и второй элемент задержки с выходом первого формирователя 9 импульсов, синхровходом буферного регистра 4 и вторым выходом щупа 1, соединенного третьим выходом с общей шиной устройства. Выходы буферного регистра 4 соединены с входами дешифратора 5. В щупе 1 на металли 1еску10 /. пластину 11 нанесен слой I2 сегнето- элект{)ика - полупроводника, с двумя торцовыми поверхностями которого контактируют соответственно первьш 13 и второй 14 металлические электроды, изолированные от металлической пластины 11, металлическая пластина 11, первый 13 и второй 14 металлические электроды являются соответственно первым, вторым и третьим выходами щупа 1.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания устройства в момент установки формирователя 9 импульсов, например одиовибратора, в исходное состояние с нулевым уровнем на выходе из-за несимметричности входных и выходных импедансов, входящих в него элементов ИЛИ-НЕ, на выходе формирователя 9 формируется импульс положительной полярности, кото- рый через электрод 13 поступает на слой 12 сегнетоэлектрика и приводит его в -исходное состояние. В этом состоянии вектор поляризации доменов слоя 12 ориентируется параллельно ра- 5 бочей поверхностя слоя 12. Толщина сегнетоэлектрического слоя 12, выполненного из сегнетоэлектриков типа BaTiO., BaZrOj, РЬТЮ, PbZrO выби- рается не превышающей равновесной ши- 0 рины домена (т.е. равна 60-100 мкм, расстояние между пластиной 11 и электродами 13 и 14 в зависимости от конструкции щупа 1 определяется минимальной электрической прочностью воз- 5 духа (или иной среды при наихудшем сочетании-заданных техническим заданием условий эксплуатации.

Площадь пластины 11 определяется размером контактных площадок, по- 0 тенциал на которых измеряется.

Для приведения устройства в исходное состояние задается установочный сигнал на регистр 4, после чего в нем записывается код 000...О (цепи: 5- установки не показаны).

При поднесении щупа 1 к контактной площадке, потенциал которой требуется измерить, между контактной площадкой и пластиной 11 щупа 1 воз- 0 никает электрическое поле, направлен- ное перпендикулярно рабочей поверхности слоя 12 и вектору поляризации сегнетозлектрика.

При этом имеет место переориента- 5 дия вектора поляризации из состояния, параллельного рабочей поверхности слоя 12, которое представляет собой локальный энергетический минимум дая сегнетоэлектрического материала 50 (так называемое а-доменное состоя- ние) в более энергетически выгодное (абсолютньш энергетический минимум) С--доменное состояние, перпендикулярное рабочей поверхности слоя 55 2. Толщина слоя 12 сегнетоэлектри- ка не превьштает равновесную ширину домена, слой представляет собой двумерную структуру доменов шириной

в один домен, заряд, индуцируемьм под воздействием переполяризации cer нетоэлектрика в этом случае пропорционален измеряемому потенциалу. Переполяризация обусловливает воз- никновение тока во входной цепи усилителя 2 и импульса напряжения на его входе положительной полярности относительно электрода 14. Амплитуда импульса пропорциональна измеряе- мому потенциалу.

Усилитель 2 усиливает и формирует амплитуду входного импульса, которая преобразуется преобразователем 3 в код и подается на информа- ционные входы регистра 4.

Запись информации в регистр 4 может быть произведена только при появлении синхроимпульса положительной полярности на его синхровходе, поступившего с выхода формирователя 9 импульсов. Этим же синхроимпульсом приводится в исходное состояние слой 12 сегнетоэлектрика; чтобы не сбросить слой 12 сегнетоэлектри- ка в исходное состояние еще до окончания в нем релаксационного процесса, связанного с измерением потенциала контролируемой электрической цепи, необходимо задержать формнрова ние положительного импульса на выход формирователя 9 на время релаксации слоя 12. В противном случае слой 12 не успеет полностью переполяризоваться и результат измерения будет нето- чен.

Элемент 7 задержки задерживает фронт положительного импульса, форми рующегося на выходе усилителя 2, на время, необходимое для окончания ре- лаксации слоя 12 и для срабатывания после окончания релаксации преобразователя 3, что обеспечивает достоверность результата записываемого в регистр 4.

Задержанный на необходимое время элементом 7 переходный фронт положительного импульса с выхода усилителя 2 запускает формирователь 9, кото- рьм формирует на выходе передний фронт положительного синхроимпульса, стробирующий запись кода с выходов преобразователя 3 в регистр 4. Запи- санньй в регистр 4 код преобразуется дешифратором 5 к виду, удобному v для индикации, и индицируется блоком 6 индикации, его считывает оператор. Передний фронт положительного ,

импульса с выхода формирователя 9 поступает через электрод 13 на слой 12 и приводит его в исходное состояние, подготавливая устройство к следующем измерению. При переводе слоя 12 в исходное состояние на входе усилител 2 формируется импульс отрицательной полярности. По этой и другим причинам на входе усилителя 2 и на его выходе может сформироваться сигнал помехи, который, пройдя через преобразователь 3 на регистр 4, исказит результат измерения. Для исключения влияния помех передний фронт положительного импульса с выхода формирователя 9, пройдя через элемент 8 задержки, запускает формирователь 10 импульсов, которьй положительным импульсом блокирует выходной сигнал формирователя 9, обращая его в ноль, что приводит к формированию заднего фронта положительного импульса на выходе формирователя 9.

В результате длительность положительного импульса на выходе формирователя 9 определяется временем задержки элемента 8, которое выбирается таким, чтобы длительность импульса на выходе формирователя 9 была . достаточна для приведения слоя 12 в исходное состояние.

Длительность импульса формирователя 10 должна обеспечить блокирование формирователя 9 на все время окончания переходных процессов в усилителе 2, преобразователе 3 и слое 12 при приведении слоя 12 в исходное состояние.

Таким образом, за счет введения .аналого-цифрового преобразователя 3, регистра 4, элементов 7 и 8 за- . держки и формирователя 9 и 10 нмпул }- сов и выполнения щупа 1 обеспечивается возможность бесконтактного контроля величины уровня напряжения в электрических цепях, что расширяет функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

Устройство для контроля параметров электрических схем, содержащее неинвертирующий усилитель , соединенный входом с первым выходом щупа, дешифратор, соединенный выходами с входами блока индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения фунциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности измерения значения уровня напряжения без контакта с контролируемой электрической цепью, в него введены буфершэтй регистр, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй элементы задержки, первый и второй формирователи импульсов, щуп содержит металлическую пластину, слой сегнетозлек- трика и два электрода, причем выход неинвертирующего усилителя соединен через аналого-цифровой преобразователь с информационными входами буферного регистра, через первый элемент задержки - с запускающим входом первого формирователя импульсов, соединенного блокирующим входом через последовательно соеди12559716

; ненные второй формирователь импульсов и второй элемент задержки с выходом первого формирователя импуль- . сов, синхровходом буферного регист- J ра и вторым выходом щупа, соединенного третьим выходом с общей шиной устройства, выходы буферного регистра соединены с входами дешифратора, а в щупе на металлическую

- 10 пластину нанесен слой сегнетоэлек- трика - полупроводника с двумя торцовыми поверхностями, с которы ш контактируют соответственно первый и второй метаЛли 1еские электроды, 15 изолированные от металлической пластины, причем металлическая пластина, первый и второй металлические электроды являются соответственно первым, вторым и третьим выходами щупа.

Редактор Н.Данкулич

Составитель В.Дворкин

Техред И.Попович Корректор А.Зимокосов

Заказ 4820/46 Тираж 728Подписное

ВНИИДИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113Э35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Может быть использовано для измерения уровня напряжения в электрических цепях бесконтактным способом. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. В устройство, содержащее щуп 1, неинвертирующий усилитель 2, дешифратор 5, блок 6 индикации, для достижения цели введены буферный регистр 4, аналого-цифровой преобразователь 3, элементы 7, 8 задержки, формирователи 9, 10 импульсов, новые связи. Щуп I содержит металлическую пластину 11 с нанесенным на нее слоем 12 сегнетоэлек- трика, электроды 13, 14. Толщина сег- нетоэлектрического слоя 12 выбирается не превьшгающей равновесной ширины домена (т.е. равна 60-100 мкм). Расстояние между пластиной I и электродами 13, 14 в зависимости от конструкции щупа 1 определяется минимальной электрической прочностью среды при наихудшем сочетании заданных техническим заданием условий эксплуатации. 1 ил. § (Л