Устройство для автоматического контроля параметров пьезокерамических элементов Советский патент 1988 года по МПК G01R29/22 

со со со а со ю

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электромеханических фильтрах. Устройство для автоматического контроля параметров пьезокерамических элементов содержит арифметический блок (Б) 1, цифровой индикатор 2, генератор (Г) 3 ступенчатого напряжения, Г 4 качающейся частхзты,. измерительный четырехполюсник 5 с исследуемым пьезоэлементом 6, 5 правляемый аттенюатор 7, усилитель 8, детектор 9, переключатель 10, инвертор 11, Б 12 нормирования амплитуды, Б 13, 14 памяти, Б 15 управления, усилитель 16 с переключаемым коэффициентом усилений, ключ 17, Б 18 сравнения и Б 19 индикации. Повьшается точность измерения и расширяются функциональные возможности устройства за счет, одновременного измерения отношения напряжений на частотах резонанса и антирезонанса. 5 ил. (Л

. /

и отношения

пьезокерамическкх

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля резонансного промежутка &f резонанс ной fp, и антирезонансной f частот uf

fr

элементов и пьезоэлементовэ устанавливаемых в электромеханических фильт pax (ЭМФ)о

Цель изобретения - повышение точности измерения и расщирение функциональных возножйостей устройства за счет одновременного измерения отношения напряжений на частотах резонан са и антирезонансаJ разнести частот антирезонанса и резонанса и отношение этой разности к резонансной частоте .

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 типовая амплитудно--частот ная характеристика (АЧХ) пьезозле- мента; устанавливаемого в ЭМФ; на фиг.З - диаграмма определения антирезонансной частоты пьезоэлемента на фиг.4 - диаграмма определения резонансной частоты пьезоэлемента на фиг.З - диклограмма работы блока управления ,

Устройство (фиг.1) содерясит арифметический блок 15 дифровой индикатор 2, последовательно соединенные генератор 3 ступенчатого напрялсения, генератор 4 качающейся частоты, измерительный четырехполюсмик 5 с исследуемым пьезоэлементом 6, управ- ляемьй аттенюатор 7, усилитель 8 де тектор 9,, переключатель 10, инвертор 11 и блок 12 нормирования амплитуды, первый и второй блоки 13 и

14памяти,, последовательно соединенные блок 15 управления, усилитель 16 с переключаемьм коэффидиентом усиления, ключ 17, блок 18 сравнения и блок 19 индикации„

Устройство работает следь ощим образом.

элемент 6 устанавливают в четырехполюсник 5 с постоянным резисторным сопротивлев ием нагрузкиj производят запуск устройства сигналом Пуск (фиг, 5 а)„ При этом блок

15управления (фиг, 5 6) разрешает запуск 1 енератора 3 ступенчатого напряжения j которьш изменяет частоту генератора 4, Частота генератора 4 увеличивается, при этом первоначаль996922

иое значение его частоты находится на 20-30% Hirae резонансной частоты испытуемого элемента, которая определена его геометрией и задается уров- нем выходного сигнала генератора 3 ступенчатого напряжения, уровень которого устанавливается с помощью блока 15 управления. Изменяющаяся

.-j частота синусоидальной формы с генератора 4 поступает на вход четырехполюсника 5, С выхода четь рехпо- люсника 5 сигнал пропорционально амплитудно-частотной характеристики д исшлтуемого элемента (фиг. За) поступает на вход управляемого аттенюато- . ра 7 и вход усилителя 16 с нормированным коэффидиентом усиления 1000, устанавливаемьй по команде Пуск

20

40

(фиг.5в)„ При этом собственное затухание управляемого аттенюатора 7 равно нулю, а выход усилителя 16 отк,точен ключем 17. С выхода управляемого аттенюатора 7 сигнал посту™

25 пает на усилитель 8, детектируется детектором 9 и продетектированный сигнал через переключатель 10 подается на инвертора 11, Переключатель 10 устанавливается в исходное

2Q состояние по команде Пуск с выхода блока 15 управления (фиг, 5 г). На выходе инвертора 11 сигнал инвертируется (фиг,3б) и поступает на блок 12 нормирования АЧХ пьезоэлемента, устанавливается в исходное состояние

по сигналу блока 15 управления (фиг. 5 д) . При достижении заданного уровня на выходе блока 12 нормирования амплитуды вырабатывается сигнал и поступает в блок 15 управления (фиг. 5 е), Сигнал, формируемый блоком 12, с выхода блока 15 управления поступает на вход управляемого аттенюатора 7 (фиг, 5 ж), затухание которого личивается на заданную степень, и сигнал на входе усилителя 8 уменьшается пропорционально введенному затуханию, Данньй процесс производится до прохождения максимума АЧХ

50 пьезоэлемента (фиг, 3 в) за период первой прокачки частоты, т,е„ нормируется амплитуда пьезоэлементов в зависимости от их активности. Частота сигнала генератора 4, достигнув

55 заданного конечного значения (20 - 30% выше значения антирезонансной частоты) изменяется вновь, при этом блоком 15 управления (фиг, 5 е) за3

прещается дальнейшая работа блока 12 нормирования амплитуды и разрешается работа блоков 13 и 14 памяти (фиг. 5 и). Сигнал с инвертора 11 поступает на блоки 13 и 14 памяти, В первом из них запоминается экстремальная величина напряжения АЧХ пье зоэлемента, а во втором 4/5 экстремальной величины (фиг. 3 г). Величина 4/5 и п определена экспериментальным путем.

Частота генератора 4 изменяется в третий раз в прямом направлении и при достижении уровня, запомненного в блоке 13 памяти, на выходе его появляется сигнал, поступающий в блок 15 управления (фиг. 5 к), который дает команду на уменьшение скорости прокачки генератора 4 и на сравнение амплитуды с запомненным напряжением блока 14 памяти (фиг. 5л).

При достижении уровня напряжения блока 14 памяти на выходе его вырабатывается сигнал (фиг. 3 д), которьш поступает в блок 15 управления (фиг. 5м). Частота генератора 4 начинает изменяться в обратном направлении и напряжение достигает уровня, запомненного в блоке 14 памяти, с противоположной стороны АЧХ пьезоэлемента (фиг. 3 е). Одновременно напряжение АЧХ пьезоэлемента поступает в блок 13 памяти, производя корректировку экстремальной величины напряжения АЧХ, Тогда на выходе блока 14 памяти вырабатывается сигнал и частота генератора 4 вновь изменяется в обратном направлении и в момент равенства текущей амплитуды (фиг. 3 ж) уровня напряжения блока 13 на выходе его вырабатывается сигнал и производится остановка генератора 4 через,генератор 3 ступенчатого напряжения. Значение частоты генератора 4 будет эквивалентно антирезонансу пьезоэлемента.

Одновременно блоком 15 управления (фиг. 5 м) дается разрешение на запись частоты генератора 4 в одну из памятей арифметического блока 1. Сигналом блока 15 управления (фиг„ 5 м) через ключ 7 выход усилителя 16 подключается к входу блока 18 сравнения с элементом памяти уровня, на котором производится запоминание значения

99692 4

уровня антирезонанса f, усиленного в 1000 раз. После временной задержки, равной времени записи частоты около 1 с, блоком 15 управления снимается сигнал разрешения записи частоты (фиг. 5м), а в арифметическом блоке 1 отключается память частоты антирезонанса и подключается другая па1Q мять - резонанса, коэффициент усиления усилителя 16 сигналом блока 15 управления (фиг. 5 в) устанавливается равным 10 и ключом 17 отсоединяется от запоминающего входа блока 18

15 сравнения, управляемый аттенюатор 7 устанавливается в положение ноль, детектор 9 отключается от входа инвертора 11 и подключается к его выходу. Затем производится определение

2Q значения резонансной частоты f и его уровня, т.е. производится запуск генератора 4 временным сигналом (фиг. 5м), а далее работа устройства, как видно из диаграммы на

25 фиг.4, аналогична изложенному поиску антирезонанса до остановки гене- ,ратора 4 (фиг. 4 е).

30

После остановки генератора 4 блоком 15 управления (фиг. 5 м) дается разрешение на запись частоты генератора 4 во вторую память арифметического блока 1, ранее подключенной к генератору 4,

40

Одновременно выход усилителя 16 с коэффициентом усиления 10 через ключ 17 подключается к второму входу блока 18 сравнения и сравнивается значение уровня резонанса 10 Up с ранее запомненным уровнем антирезонанса 1000 UQ. Если 10 Ur больше., чем 1000 UgjHa выходе блока 18 сравнения появляется сигнал, который поступает на. блок 19 индикации и загорается

световой индикатор Годен или Брак, В это же время производится запись в память арифметического блока 1 значения резонансной частоты. После вре менной задержки, равной времени запи50 си частоты около 1 с, сигнал (фиг, 5 м) блока 15 управления запрещает запись и разрешает производить в арифметического блоке операцию вычисления резонансного проме55 жутка uf,которая определяется как .разность частот антирезонанса fa и резонанса f,, пьезоэлемента (л5 fo-f)

Umax

%lf

max

Фиг.г

а

индер- шор

Umax.

/J //77«

A

J

ж;

-I

- /a

Фие.З Режип настройки на fa

ffycK

L

1123 3 ft i

П п n n п

/-2.

/r WOO

exoSI

Запись fa

icsK.

t}

fij

I/max %Um)(

Umax- 7sUmox

7л

д)

7

У

e) .

- Л /

Ф1/гЛ Режип настроиffu на /г

/ 123 J 4 f ЛП Л Пnj-UU

exoSI

АЛ.

вхоаг

icsK.зопись /гIceK

Фиг. 5