Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов Советский патент 1987 года по МПК G01R17/10 G01R27/02 G01R29/22 

12

и зависимого уравновешивания. Устройство содержит генераторы 1, 2 синусоидальных сигналов различной частоты, объект измерения 6, вычислитель 36, блоки 37, 38 памяти, блоки 31, 32 вычитания, инвертирующий дифференцирующий усилитель 11 (ДУ), переключатели 3, 4, усилитель 1, сумматор 33 напряжения. Введение инвертирующего повторителя А1, инвертирующих ДУ 12, 13, усилителей 8, 9, 10, интегратора 24, резисторов г образцовых 21-23, переменных 14, 15, 16, переключателя 5, переменного конден1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь гзовано для измерения динамического .сопротивления, динамической и статической емкости и динамической индуктивности пьезоэлектрических резонаторов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет раздельного и зависимого уравновешивания.

На фиг.1 изображена структурная схема квазиуравновешенного моста для измерения параметров кварцевых резонаторов; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема пьезоэлектрического резонатора.

Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов содержит генераторы 1 и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, переключатели 3-5, объект 6 измерения, усилители 7-10, инвертирующие усилители 11-13, переменные резисторы 14-16, резисторы 17- 20, образцовые резисторЬг 21-23, интегратор 24, индикатор 25 нулевого напряжения, генераторы 26 и 27 тактовых импульсов, двухполюсные выключатели 28-30, блоки 31 и 32 вычитания, сумматор 33 напряжения, коммутатор 34, вольтметр 35, вычислитель 36, блоки 37 и 38 памяти, цифровой индикатор 39, переменный конденсатор 40 и инвертирующий повтритель 41, статическую емкость 42,

9

сатора 40, двухполюсных выключателей 28, 29, 30, коммутатора 34, генераторов 26, 27 тактовых импульсов, вольтметра 35, индикатора 25 нулевого напряжения, цифрового индикатора 39, образование новых функциональных связей позволило достичь поставленную цель. Определив эквивалентные электрические параметры пьезоэлектрического резонатора, можно с высокой точностью определить другие его характеристики, добротность, частоты последовательного и параллельного резонаторов. 2 ил.

5

0

5

0

5

динамическую емкость 43, динамическое сопротивление 44 и динамическую индуктивность 45.

Выходы генераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 3 подключены ко входу инверти- Р5тащего повторителя 41 и к одному из зажимов объекта 6 измерения (пьезоэлектрического резонатора), другой зажим которого соединен со входом усилителя 7 и через переменный конденсатор 40 подключен к выходу инвертирующего повторителя 41 и входу дифференцирующего усилителя 11, а выход последнего через образцовый резистор 21 соединен со входом усилителя 8. Выход усилителя 7 через переменный резистор 14 подключен ко входу усилителя 8, выход которого через образцовый резистор 22 подключен ко входу усилителя 9. Выход усилителя 7 через дифференцирующий усилитель 12 и переменный резистор 15 соединен со входом усилителя 9, выход последнего через образцовый резистор 23 подключен ко входу усилителя 10. Выход дифференцирующего усилителя 12 через дифференцирующий усилитель 13 и переменный резистор 16 соединен со входом усилителя 10, выход которого подключен к индикатору |25 нулевого напряжения. В цепи отри- цательной обратной связи усилителей 7-10 включены соответственно резисторы 17-20. Вход инвертирующего повторителя 41, выходы интегратора 24 и инвертирующего дифференцирующего

31

усилителя 12 подключены к первому полюсу, а выходы усилителя 7, инвертирующего дифференцирующего усилителя 12 и усилителя 9 подключены соответственно ко второму полюсу двух- полюсных выключателей 28-30. Полюса двухполюсных выключателей 28-30 соединены со входами блока 31 вычитания и сумматора 33 напряжения, причем ко входу коммутатора 34 подключены выход блока 31 вычитания, вторрй полюс двухполюсных выключателей 28-30 и выход сумматора 33 напряжения.

Выход коммутатора 34 через вольтметр 35 соединен со входом вычисли- теля 36, выход которого через переключатель 4 подключен к входам бло- - ков 37 и 38 памяти, выходы последних соединены со входами блока 32 вычитания. Выходы блока 38 памяти и бло- ка 32 вычитания через переключатель 5 соединены со входом цифрового индикатора 39. Выход генератора 26 тактовых импульсов соединен с управляющими входами переключателей 3 и а выход генератора 27 тактовьрс импульсов соединен с управляющими входами коммутатора 34 и вычислителя 36 причем синхронизирующие входы генераторов 26 и 27 тактовых импульсов соединены между собой.

Квазкуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резис- торов работает следующим образом.

Генератор 26 тактовых импульсов периодически и в два такта управляет переключателями 3 и 4. При этом в первом такте измерительная цепь пи- тается от генератора 1 синусоидального сигнала, а во втором такте - от генератора 2 синусоидального сигнала Аналогично в первом такте выход вычислителя 36 подключен ко входу блок 37 памяти, а во втором такте - ко входу блока 38 памяти. Частоты генераторов 1 и 2 синусоидальных сигнало выбираются близкими к частоте последовательного резонанса пьезоэлектри ческого резонатора.

На выходе усилителя 7 возникает напряжение, пропорциональное разности комплексньпс сопротивлений объекта 6 измерения и переменного конден- сатора 40, На первом этапе замыкается двухполюсный выключатель 28 и на входах блока 31 вычитания и сумматора 33 напряжения появляются напряжение

794

генератора 1 синусоидального сигнала (для первого такта) и напряжение с выхода усилителя 7. На входах коммутатора 34 возникают разность этих напряжений (через блок 31 вычитания) и сумма этих напряжений (через сумматор 33 напряжения). Поскольку частота генератора 27 тактовых импульсов в три раза выше частоты генератора 26 тактовых импульсов, то за один такт генератора 26 происходит три последовательных подключения входов коммутатора к его выходу. Вольтметр -35 последовательно измеряет напряжение на выходе коммутатора 34 и эти результаты в цифровом коде заносятся в вычислитель 36, который производит над ними простейшие арифметические операции. Работа коммутатора 34 и вычислителя 36 синхронизирована от генератора 27 тактовых импульсов. Результаты вычислений на частотах генераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 4 заносятся в блоки 37 и 38 памяти, где запоминаются. В момент занесения информации в блоки 37 и 38 памяти ранее записанная в них информация автоматически стирается. Цифровой индикатор 39 индицирует разность результатов, записанных в блоках 37 и 38 памяти, полученную от блока 32 вычитания. Изменением емкости переменного конденсатора 40 добиваются нулевого значения на цифровом индикаторе 39. При этом значение искомой статической емкости 42 (С) пропорционально емкост переменного конденсатора 40 (первое состояние квазиравновесия).

На втором этапе размыкается двухполюсный выключатель 28 и замыкается двухполюсный выключатель 29. На выходе усилителя 8 образуется напряжение, пропорциональное значению сопротивления переменного резистора 14, разности напряжений с выхода усилителя 7 с учетом выполнения условия первого состояния квазиравновесия и напряжению с выхода дифференцирующего усилителя 11. Напряжение с выхода усилителя 8 через интегратор 24 подается на первый полюс, а напряжение с выхода дифференцирующего усилителя 12 подается на второй полюс двухполюного выключателя 29. Преобразование этих напряжений происходит аналогично работе устройства на первом этапе

Изменением сопротивления переменного резистора 14 добивается нулевого значения на цифровом индикаторе 39. При этом значение искомой динамической емкости 43 (С) пропорционально значению сопротивления переменного резистора 14 (второе состояние квазиравновесия).

На третьем этапе размыкается двухполюсный выключатель 29, з амыкается двуполюсньй выключатель 30 и переключатель 5 переводится в положение, соединяющее выход блока 38 памяти с цифровым индикатором 39. На усилителе 9 возникает напряжение, пропорциональное значению сопротивления переменного резистора 15, разности напряжений с выхода усилителя 8 и выхода дифференцирунщего усилителя 12 (с учетом выполнения условий первого и, второго состояний квазиравновесия) На входы блока 31 вычитания и сумматора 33 напряжения поступают с выхода дифференцирующего усилителя 12 и с выхода усилителя 9. Работа блока 31 вычитания, сумматора 33 напряжения , коммутатора 34, вольтметра 35, вычислителя 36, переключателя 4 и блока 38 памяти аналогична их работе на первом этапе измерений. На цифровом индикаторе 39 индицируется информация, находящаяся в блоке 38 памяти. Изменением сопротивления переменного резистора 15 добиваются нулевого значения на цифровом индикаторе 39. При этом значение искомого динамического сопротивления-44 {R) пропорционально значению сопротивления переменного резистора 15 (третье состояние квазиравновесия).

На выходе усилителя 10 появляется напряжение, пропорциональное значению сопротивления переменного напряжения 16 и разности напряжений с выхода усилителя 9 и дифференцирующего усилителя 13, (с учетом выполнения условий трех состояний квазиравновесия). Изменением сопротивления переменного резистора 16 добиваются равенства нулю напряжения с выхода усилителя 10, что фиксируется индикатором 25 нулевого напряжения (состояние равновесия). При этом значение искомой динамической индуктивности 45 (L) пропорционально значению сопротивления переменного резистора 16.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить измерения с высокой точностью полной - четырехэлементной электрической схемы замещения пьезоэлектрического резонатора при помощи квазиуравновешенного моста с независимыми регулировками. Кроме того, определив эквивалентные электрические параметры пьезоэлектрического резонатора, можно с высокой точностью определить другие его характеристики - добротность,

частоты последовательного и параллельного резонансов.

Формула изобретения

Квазиуравновешенньй мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов, содержащий два генератора синусоидальных сигналов, выходы которых через первый переключатель сое- динены с первой клеммой для подключения объекта измерения, вторая клемма для подключения которого соединена с входом первого усилителя, вычислитель, выход которого через второй

переключатель подключен соответственно к входам первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены соответственно с входами первого блока вычитания, первый инвертирующий дифференцирующий усилитель, второй блок вычитания, сумматор напряжения, при этом управляющие входы первого и второго переключателей соединены между собой, отличающ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет раздельного и зависимого уравновешивания моста, в него введены инвертирующий повторитель, второй

и третий инвертирующие дифференцирующие усилители, второй, третий и четвертый усилители, интегратор, три образцовых резистора, три переменных резистора, переменный конденсатор,

три двухполюсных выключателя, третий переключатель, коммутатор, два генератора тактовых импульсов, вольтметр, индикатор нулевого напряжения и цифровой индикатор, при этом выход первого переключателя через последовательно соединенные инвертирующий повторитель, первый инвертирующий дифференцирующий усилитель и первый образцовый резистор соединен с входом второго усилителя, выход инвер- тирующего повторителя через переменный конденсатор соединен с входом первого усилителя, выход которого через первый переменный резистор подключей к входу второго усилителя, выход которого соединен с входом интегратора и через второй образцовый резистор подключен к входу третьего усилителя, выход первого усилителя через последовательно соединенные второй инвертирующий дифференцирующий усилитель и второй переменный резистор соединен с входом третьего усилителя,выход которого через третий образцовый резистор подключен к входу четвертого усилителя, выход второго инвертирующего дифференцирующего усилителя через последовательно соединённые третий инвертирующий дифференцирующий усилитель и третий переменный резистор подключен к входу четвертого усилителя, выход которого соединен с входом индикатора нулевого напряжения, вход инвертирующего повторителя, выходы интегратора и второго инвертирующего дифференцирующего усилителя подключены к пер- вым полюсам, а выходы первого усилителя, второго инвертирующего дифференцирующего усилителя и третьего

4-3 xi4

Редактор А.Ренин

Составитель В.Семенчук Техред В.Кадар

Заказ 7894/40Тираж .731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

2901

fO

15

20

25

798

усилителя подключены к вторым полюсам соответственно, первого, второго и третьего двухполюсных выключателей, полюса которых соединены с соответствующими еходами второго блока вычитания и входами сумматора напряжения, а к соответствующим первому,второму и третьему входам коммутатора подключены выход второго блока вычитания, второй полюс первого, второго и третьего двухполюсных выключателей и выход сумматора напряжения , выход коммутатора через вольтметр -соединен с входом вычислителя, выход первого генератора тактовых импульсов -соединен с управляющим входом первого переключателя, а выход второго генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам коммутатора и вычислителя, синхронизирующие входы генераторов тактовых импульсов соединены между собой, при этом выходы первого блока вычитания и второго блока памяти через третий переключатель соединены с входом-цифрового индикатора.

5

2

Hh

cfn/ff.2

Корректор И.Эрдейи

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано для измерения динамического сопротивления, динамической и статической емкости, динамической индуктивности пьезоэлектрических резонаторов . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет раздельного .z.i (Л sl СО