Устройство для измерения параметров пьезоэлектрических элементов Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

1129

Изобретение относится к технике ультразвуковых измерений и может быть использовано для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь пьезоэлектрических элементов в процессе их производства или в производстве ультразвуковой аппаратуры.

Цель изобретения - повышение быстродействия за счет автоматизации процесса измерения.

На фиг, изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - векторная диаграмма мостовой схемы устройства.

Устройство для измерения парамет- рой пьезоэлектрических элементов содержит последовательно соединенные генератор 1 переменного напряжения и мостовую схему, состоящую из постоянного 2 и переменного 3 резисто- ров и эталонного конденсатора 4 и держателя 5, предназначенного для закрепления в нем исследуемого пьезоэлектрического элемента 6, подключенный к диагонали моста форми1)ователь 7 сигнала разбаланса, выход которого соединен с управляющим входом пере- Стенного резистора 5, подключенный к выходу генератора 1 переменного нап

ряжения первый амплитудный детектор

8, подключенные к общей точке резисторов 2 и 3 моста последовательно соединенные амплитудный детектор 9, элемент 10 вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора 8, первый делитель 1 1 , второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора 8, и второй делитель 12j. выход которого служит первым выходом 13 устройства, подключенный к выходу второго амплитудного детектора 9 третий делитель 14, второй вход которого соединен с выходом элемента 10 вычитания, а выход слз жит вторым выхо- дом i5 устройства, и четвертый делитель 16, первый вход которого подключен к вьпсоду формирователя 7 сигнала разбаланса моста, второй вход - к выходу второго амплитудного детек- тора 9, а выход - к второму входу второго делителя 12,

На первый выход 13 устройства поступает информация о величине емкое- ти контролируемого пьезоэлектрического элемента 6, на второй выход 15 о величине тангенса угла диэлектрических потерь пьезоэлектрического

элемента 6, Узлы 17 - 20 моста па векторной диаграмме (фиг,2) соответствуют точкам А, С, D и Е, Векторами Uj, и., и и и, обозначены напряжения на,элементах 2 - 4 и 6. Напряжение на пьезоэлектрическом элементе 6 состоит аз активной UD и емкостной

X

и, составляющих. Вектор Up - напряжение разбаланса моста.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 поступает на мостовую схему 2-6, Амплитудными детекторами 8 и 9 вырабатываются напряжения, пропорциональные соответственно векторам (U +из- З - Ф°Р мирователь 7 сигнала разбаланса вырабатывает напряжениеJ пропорциональное напряжению разбаланса моста Un которое воздействует на переменный резистор 3, настраивая его сопротив-, ление на минимум напряжения разбаланса моста Up. Этому случаю соответствует прямой угол между векторами Up и и или и , (фиг.2), откуда вытекает, что DF АВ, а из треугольников ABC и ADE следует

АВ DE

А.С CD

т. е.

РХ

и,

i

си

или

г г (Ji...+ Н)„

Рх (и,, + ) - и,

так как tg для пьезокерамики мал (§ 0,01 - 0,1 рад).

llpv

ЯР -Ь

(Ui + и -5 )

схUcx (U -ь и, )li

С; HP ( Jb ) и (и + из)- Ug

(3)

Напряжение, пропорциональное (Uj + Ug) - U вырабатьшается элементом 10 вычитания. Делитель 1 вырабатывает сигнал, пропорциональный

делитель I6 - сигпропорциональньй Иэ

и,

Эти два

сигнала делятся первый на второй в делителе 12, выходной сигнал которого согласно (3) пропорционален tgS.

Делитель 14 делит сигнал, пропорвдональный (U2. -3 Из фиг,2 следует, что

(Ua + Из) - ЬЧ

г -

и и.

сх

и.

(А)

См

Таким образом, на втором выходе 15 устройства получают информацию о емкости Су пьезоэлектрического элемента 6, устанавливаемого в держатель 5,

Изобретение обеспечивает автоматизированный режим измерения параметров пьезоэлектрических элементов, повышение быстродействия. Отпадает необходимость знать точное значение сопротивления резистора 3,. Один контакт переменного резистора 3 и держатель пьезоэлектрического элемента, заземлены, что упрощает реализацию устройства,

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров пьезоэлектрических элементов, содержащее последовательно соединенные генератор переменного напряжения и мостовую схему, состоящую из постоянного и переменного резисторов и эталонного.конденсатора и держателя, предназначенного для закрепления в

295331А

нем исследуемого пьезоэлектрического элемента, подключенный к диагонали моста формирователь сигнала разбаланса, выход которого соединен с управ- 5 ляющим входом переменного резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия за счет автоматизации процесса измере

НИН, оно снабжено подключенным к выходу генератора переменного напряжения первым амплитудным детектором, подключенными к обпдей точке резисторов моста последовательно соединенными вторым амплитудным детектором, элементом вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, первым делителем, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, и вторым делителем, выход которого служит первым выходом устройства, подключенным к выходу второго амплитудного детектора, третьим делителем, второй вход которого соединен с выходом элемента вычитания, а выход служит вторым выходом устройства, и четвертым делителем, первый вход которого подключен к выходу формирователя сигнала разбаланса моста, второй вход - к выходу второго амплитудного етектора, а выход - к второму входу второго делителя.

iitfl

U,

L

Rx

t/.

u,

w

fpa8.2

Изобретение относится к технике ультразвуковых измерений и может быть использовано для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь пьезоэлектрических элементов . Цель изобретения - повьшение быстродействия за счет автоматизации процесса измерения. Контролируемъш пьезоэлектрический элемент 6 устанавливают в держатель. 5 автоматического моста, содержащего генератор 1 переменного напряжения. Балансировка моста осуществляется автоматически за счет обратной связи,, реализуемой с помощью формирователя 7 сигнала разбаланса; По сигналам, снимаемым с диагоналей моста с помощью амплитудных детекторов 8 и 9 и схемы обработки сигналов, осуществляется вычисление емкости и тангенса угла диэлектрических потерь контролируемого пьеэо- элемента. 2 ил. (Q (Л б7 t QD ел 00 со фиг /