Способ допускового контроля пьезоэлектрических резонаторов Советский патент 1987 года по МПК G01R29/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля пьезоэлектрических резонаторов, в частности кварцевых, по частоте, добротности, статической емкости и сопротивлению изоляции.

Целью изобретения является упрощение и повышение производительности контроля пьезоэлектрических резонаторов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для осуществления предложенного способаj на фиг. 2 - эквивалентная электрическая схема пьезоэлектрического резонатора с нагрузочной емкостью.

Устройство (фиг. 1) содержит контактирующий узел 1 с контролируемым пьезоэлектрическим резонатором 2, нагрузочную емкость 3, ключ 4, блок управления, измерители 6,.7 добротности и частоты резонансных колебаний, четыре блока 8-11 задания границ группы допуска соответственно по статической емкости, сопротивлению изоляции, добротности и частоте, четыре блока 12-15 сравнения, индикатор 16 результатов контроля, вычислительное 17 и .запоминающие 18, 19 устройства и двухканальный коммутато 20, На фиг. 2 обозначены: динамическая индуктивность 21; динамическая емкость 22 динамическое сопротивление 23; статистическая емкость С 24 и сопротивление 25 изоляции Rj,, пьезоэлектрического резонатора, нагрузочная емкость 26 (емкость 3 по фиг. 1)

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

В исходном состоянии с помощью блока управления 5 ключ 4 закрыт и, следовательно, нагрузочная емкость 3 отключена, выходы измерителей 6 и 7 через коммутатор 20 соединены с вхдами соответственно запоминающих устройств 18 и 19, работающих в режиме запоминания (слежения за входными сигналами); на выходах блоков 8- 11 установлены сигналы, соответствующие заданным границам групп допуска по статической емкости, сопротивлению изоляции, добротности и частоте. При этом при установке в контактирующий узел 1 пьезоэлектрического резонатора 2 с помощью измерителей 6 и 7 измeJ)яютcя соответственно доброт13073972

ность Q и частота последовательного

5

0

5

резонанса f резонатора 2. Выходные сигналы измерителей 6 и 7, соответствующие Q и f, через коммутатор 20 поступают на входы запоминающих устройств 18 и 19. По окончании измерения Q и f по сигналам блока 5 управления сначала запоминающие устройства 18 и 19 переходят из режима запоминания в режим хранения, т.е. при изменении выходных сигналов измерителей 6 и 7 выходные сигналы блоков 18 и 19 не изменяются и остаются пропорциональными измеренным величинам Q и f, затем выходы измерителей 6 и 7 с помощью коммутатора 20 подключаются непосредственно к входам вычислительного устройства 17, и, наконец, размыкается ключ 4 и последовательно с контролируемым резонатором 2 включается емкость 3. При этом с помощью измерителей 6 и 7 измеряются добротность Q, и частота резонансных колебаний f двухполюсника,образованного последовательным соединением резонатора 2 и нагрузочной емкости 3. Анализируя схему, приведенную на фиг. 2, нетрудно показать, что величины Qn и f этого двухполюс

ника определяются выражениями

9.

Н

QH

(1)

f- C R

из

1+с1

2(,)

(2)

0

5

0

5

f и Q f, и Q, где Cp и С - соответственно статическая и динамическая емкость пьезоэлектрического резонатора; соответственно частота последовательного резонанса и добротность пьезоэлектрического резонатора; соответственно частота резонансных колебаний и добротность пьезоэлектрического резонатора с нагрузочной емкостью CH; сопротивление изоляции пьезоэлектрического резонатора.

Уменьшение добротности Q ц по сравнению с Q объясняется тем,- что Q измеряется на частоте последовательного резонанса резонатора 2, на которой его полное сопротивление мини и,31

мально и равно его динамическому сопротивлению 23, не превьшающему нескольких десятков килоом. Сопротивление 25 изоляции обычно на несколько порядков выше, поэтому оно не вли нет на величину Q. Если же сопротивление 25 изоляции сравнимо с динамическим сопротивлением 23 (например, за счет частичного или полного замыкания электродов резонатора 2), то резонатор 2 не возбуждается, что приводит к разбраковке его как негодного и по добротности Q, и по частоте f.

При подключении к резонатору 2 нагрузочной емкости 3 резонатор 2

возбуждается на частоте f, , отличной от частоты последовательного резонанса f. При этом сопротивление динамической ветви (элементы 21, 22 и 23) резонатора 2 резко возрастает и при малых сопротивлениях изоляции 25 последние оказывают существенное влияние на величину потерь в резонаторе 2, т.е. на Q. Эту зави-

от R.,, и отражает выражена

симость Q ц ние (1).

Таким образом, на входы вычислительного устройства 17 с выходов измерителей 6 и 7 через коммутатор 20 поступают сигналы, соответствующие Qj и ц, ас выходов запоминающих устройств 18 и 19 - сигналы, соответствующие Q и f. В вычислительном устройстве 17 ведется обработка этих сигналов в соответствии с алгоритмами, определяемыми выражениями

R 2aiiifi -2 9

- .f -C(Q-Qj

из

(3) (4)

Со

-С

н

(3) (4)

2( fH-f)

вытекающими из формул (1) и (2). Поскольку нетрудно осуществить измерение частот f и fц с относительной погрещностью не хуже 0,0001-0,001%, добротностей Q и Q ( с относительной погрешностью не хуже 2,5-5%, а также нормировать Сц с относительной погрешностью 2-3% и считать (при отлаженном технологическом процессе изготовления) для большинства известных пьезоэлектрических, в частности кварцевых, резонаторов произведение f C постоянной для каждого типа резонатора величиной (с относительной погрешностью 5-10% при доверительной вероятности 0,95-0,98), то в реС

зультате выполненных вычислении на выходах вычислительного устройства 17 появятся сигналы, соответствующи величинам С, R(с относительными погрешностями порядка 10-15%), Q и ц контролируемого пьезоэлектрического резонатора 2, По окончании до- пускового контроля параметров резонатора 2 с помощью блока управления 5 узлы 4, 18, 19 и 20 устройства возвращаются в исходное состояние, и при установке в контактирующий узел 1 очередного пьезоэлектрического резонатора цикл работы устройства повторяется.

Поскольку в предложенном способе допускового контроля пьез оэлектри- ческих резонаторов нет необходимости измерять все четыре параметра

С

о, Rj , Q и f , а измерение величин Q, f и Qj, f осуществляется одними и теми же измерителями 6 и 7, производительность контроля возрастает примерно в 2 раза.

30

35

40

45

Формула изобретения

Способ допускового контроля пьезоэлектрических резонаторов, включающий в себя измерение добротности пьезоэлектрического резонатора без нагрузочной емкости и частоты резонансных колебаний пьезоэлектрического резонатора с известной нагрузочной емкостью и сравнение полученных результатов с заданными границами групп допуска контролируемых электрических параметров, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения и повьш1ения производительности контроля, дополнительно измеряют частоту последовательного резонанса пьезоэлектрического резонатора и добротность с нагрузочной емкостью, а статическую емкость и сопротивление изоляции пьезоэлектрического резонатора определяют соответственно по формулам

50

flC ,

2(f«-f) и.

5

R 211 -filQ g H

- 7-.Л-с(а-р,)

где С«3

и с

- соответственно статическая и динамическая емкость пьезоэлектрического резонатора;

51307397

соответственно частота последовательного резонанса и добротность пьезоэлектрического резонатора;, 5 соответственно частота резонансных колебаний

Редактор М.Циткина

Составитель М.Каменский Техред Л.Олейник

Заказ 1629/46 Тираж 731Подписное

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

и добротность пьезоэлектрического резонатора с нагрузочной емкостью С„; Rua сопротивление изоляции

И 5

пьезоэлектрического резонатора;,14.

Puz.l

Корректор Л.Пилипенко

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля пьезоэлектрических резонаторов, в частности кварцевых, по частоте, добротности, статической емкости и сопротивлению изоляции. Целью изобретения является упрощение и повышение производительности контроля пьезоэлектрических резонаторов.Устройство, реализующее способ, содержит контактирующий узел 1 с контролируемым пьезоэлектрическим резонатором, нагрузочную емкость 3, ключ 4, блок 5 управления, измерители 6 и 7 добротности и частоты резонансных колебаний, блоки 8-11 задания границ соответственно по статической емкости, сопротивлению изоляции,добротности и частоте, блоки 12-15 сравнения, индикатор 16 результатов контроля, вычислительное 17 и запоминающие. 18 и 19 устройства, двухка- нальный коммутатор 20. Последовательность выполняемых по способу операций и формулы дпя выполнения сопротивления изоляции пьезоэлектрического резонатора приводятся в описании изобретения. 2 ил. с (/; с