Устройство для контроля качества электроакустических преобразователей Советский патент 1988 года по МПК H03H3/02 

3

/

8

)(г

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при изготовлении, настройке и исследовании электроакустических преобразователей (ЭП), например для ультразвуковой микррсварки интегральных микросхем и микроэлектронных, преобразователей информации колебаниями широкого спектра частот. Цель изобретения - расширение функа циональных возможностей - достигается за счет полного анализа входного сопротивления преобразователя. При этом о качестве судят по величине и соотношению трех составляющих входного сопротивления Zg R + + jfX, преобразователя, а также зависимости Zg от ширины спектра, подаваемого на его вход электрического сигнала .(ЭС), и/или от положения спектра ЭС на частотной оси и/или от спектральной плотности ЭС. По отклонению этих характеристик от характеристик высококачественных преобразователей производится отбраковка проверяемых ЭП. Схема устройства для про верки качества ЭП содержит УЗ генератор 1, ЭП 2, спектральный фазовращатель 3, квадраторы 4 и 7, перемножители 5 и 6, вычислительный блок 8, перестраиваемый фильтр 9, измерительное сопротивление 10 и переключатель 11. 1 ил. S (Л п LiJTffULrT U/ /1 //М/М п 4 4

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при изготовлении, настройке и исследовании электроакустических преобразователей,например, для ультразвуковой микросварки интегральных микросхем и микроэлектронных преобразователей информации колебаниями широкого спектра частот.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет полного анализа входного сопротивления преобразователя.

Сущность изобретения заключается в том, что о качестве электроакустических преобразователей судят по величине и соотношению трех составляю- щих входного сопротивления преобразователя.

Zc

Р

iX + JX

т

а также по зависимости входного сопротивления преобразователя от ширины спектра, подаваемого на его вход электрического сигнала, и(или) от положения спектра электрического сигнала на частотной оси и(или) от спектральной плотности электрического сигнала. По отклонению названных характеристик от характеристик высококачественных преобразователей производится отбраковка проверяемых пре- .образователей.

Третья составляющая входного сопротивления преобразователя - составляющая искажения - измеряется при возбуждении его несинусоидальным электрическим сигналом. В качестве несинусоидального сигнала может быть использована периодическая, случайная или псевдослучайная последовательность импульсов различной скважности, сигнал, модулированный по амплитуде или частоте, а также шумовой сигнал с различной спектральной плотностью.

Необходимость измерения третьей составляющей входного сопротивления - составляющей искажения - обусловлена тем, что в случае работы преобра- зователя в режиме возбуждения несинусоидальным сигналом не выполняется условие

4

гд е S,P и Q - соответственно, полная, активная и реактивная мощности.

В данном случае имеет место мощность искажения

Т

определяющая дополнительные потери энергии. Оценка мощности потерь на искажения Т производится с помощью .составляющей искажения входного сопротивления преобразователя.

Составляющие спектрального сопротивления определяются по основным параметрам несинусоидального напряжения на преобразователе и тока через преобразователь с использованием

следующих выражений:

активная составляющая

Rp RU; /D;;

(1)

25

реактивная составляющая

Xfl-

(2)

Q Ui составляющая искажения

. X, /D;(3),

вещественный коэффициенткорреля35

ции

RI,; lim 1/2T- f U(t)i(t)dt;(4)

T- ллJ

-T

МНИМЫЙ коэффициент корреляции

t-T

,k.

(Цг к

lira 1/2T. U (t)i(t)dt

.т

(5)

-т

45

коэффициент корреляции искажения

RU; л|оиО-(и;) () ; (6)

дисперсия тока

50

D; lim 1/2Т-J i(t) dt; (7)

-т дисперсия напряжения

4Т

2

Вц lira 1/2Т- j и (t)dt, (8)

-т

где U(t) и i(t) - напряжение на преобразователе и ток через него;

иЧо

напряжение, сформированное из U(t), в котором каждая гармоника повернута Нй IT/2.

Период Т при осуществлении способа выбирается из условия Т 10 Т,, где Tnian период самой низкочастотной гармоники возбуждающего сигнала. Для повышения точности отбраковки некачественных преобразователей производится контроль зависимости составляющих входного импеданса Z от ширины спектра возбуждающего си1- нала uf и(или) от расположения его на частотной оси (от величины средне частоты спектра ) и(или) от спек

ральной плотности сигнала S(f).

Многомерный контроль (по нескольким зависимостям) уменьшает вероятность попадания параметров некачественных п эеобразователей в область параметров качественных преобразователей . 1

Изменение входного спектрального сопротивления при изменении ftf, и S(f) обусловлено следующими обстоятельствами. В случае варьирования величины if, например при ее увеличении, процесс злектроакустического преобразования сигнала происходит на все большем количестве частот, в том числе и резонансных частот отдельных элементов преобразователя. Поглощение энергии на этих частотах отражается на величине входного сопротивления преобразователя, контролируя, которое, можно судить о величине поглощаемой энергии преобразователем т.е. о его качестве. Диапазон варьирования величины U f выбирают равным 20-200 кГц.

В случае изменения спектра производится сканирование всего спекра рабочих частот преобразователя, который включает участки, содержащие как частоты резонансов, положительно сказьшающихся на качестве технологического процесса,, так и частоты резонансов, отрицательно влияющих на качество технологического процесса, Контроль входного спектрального сопротивления Zg при изменении поз - воляет вьщелить указанные участки частотного спектра преобразователя и оценить поглощение энергии на данных участках.

0

5

0

5

0

Пределы изменения величины 1:, выбирают равными 50-250 кГц.

Далее, контроль входного спект- рального сопротивления при изменении спектральной плотности сигнала позволяет выявить нелинейность параметров преобразователя. Величину спектральной плотности S(f) изменяют в 0 пределах 10-10 мВ/Гц .

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ультразвуковой генератор 1, электроакустичес- кий преобразователь 2, спектральный фазовращатель 3, первый квадратор 4. первый 5 и второй 6 перемножители, второй 7 квадратор, вычислительный блок 8, перестраиваемый фильтр 9, , измерительное сопротивление ( 10 и переключатель 11.

Выход ультразвукового генератора 1- 1 подключен напрямую или через пере- страиваемьгй фильтр 9 (в зависимости от положения переключателя 11) к входу злектроакустического преобразователя 2, второму входу перемножителя 5, входам спектрального фазовращателя 3 и второго квадратора 7. Выход злектроакустического преобразователя 2 подключен к входу первого квадратора 4, первым входам перемножителей 5 и 6 и измерительному сопротивлению 10. Выход спектрального фазовращателя 3 соединен со вторым входом перемиожителя 6, Выходы квадраторов 4 и перемножителей 5 и 6 подключены.к входам вычислительного блока 8.

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковой генератор 1 вырабатывает несинусоидальный электрический сигнал, которьй через переключатель 11 в положении 1 поступает на входы электроакустического преобразователя 2, спектрального фазовращателя 3, квадратора 7 и второй вход перемножителя 5. Благодаря подключенному измерительному сопротивлению 10 на выходе электроакустического преобразователя 2 присутствует напряжение, пропорциональное протекающему через преобразователь току. Это напряжение поступает на вход квадратора 4, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный i ft). Сигнал с выхода злектроакустического преобразователя 2 поступает также на первые входы перемножителей 5 и 6. Таким образом, на выходе перемножителя 5 присутствует сигнал, пропорциональный U(t) i (t), а на выходе перемножителя 6 - пропорциональный U (t)i(t), так как на второй вход перемножителя 6 поступает сигнал и (t) с выхода спектрального фазовращателя 3. На выходе квадратора 7 сигнал пропорционален U(t). Далее сигналы i(t), U(t)i(t)

и (t)i(t), и (t) поступают соответственно на первый - четвертый входы вычислительного блока 8, который выполняет математические операции по формулам (1) - (8). В результате на первом - третьем выходах (цифровых индикаторах) вычислительного блока 8 имеются численные значения трех составляющих входного спектрального сопротивления преобразователя, величины которых и их соотнощение определяют качество электроакустического преобразователя.

В случае контроля зависимости входного Спектрального сопротивления от ширины спектра и(или) положения спектра на частотной оси, и(или) спектральной плотности сигнала напряжение несинусоидальной формы подается с выхода ультразвукового генера- тора 1через переключатель 11 в положении 2 и перестраиваемый фильтр 9. С помощью перестраиваемого фильтра 9 производится изменение указанных спектральных характеристик сигнала в зависимости от которых изменяет

ся величина спектрального сопротивления . Формула изобретения

Устройство для контроля качества электроакустических преобразователей, содержащее ультразвуковой генератор, две клеммы для. подключения контролируемого объекта, одна из которых соединена с измерительным сопротивлением, другой вывод которого соединен с общей шиной, и вычислительный блок, отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет полного анализа входного сопротивления преобразователя, в качестве ультразвукового генератора использован генератор несинусоидального сигнала и в устройство введены последовательно соединенные переключатель, перестраиваемый фильтр и спектральный фазовращатель, а также два квадратора, два перемножителя, причем подвижный контакт переключателя соединен с выходом генератора несинусоидального сигнала, первый неподвижный контакт переключателя соединен с другой клеммой для подключения контролируемого объекта, выходом перестраиваемого фильтра, и входами первого перемножителя и второго квадратора, одна из клемм для подключения контролируемого объекта соединена с другими входами первого и второго перемножителей, первый вход второго перемножителя соединен с выходом спектрального фазовращателя, а выходы двух квадраторов и двух перемножителей соединены с входами вычислительного блока.