Устройство для измерения частот резонанса и антирезонанса электромеханического резонатора Советский патент 1989 года по МПК G01R29/22 G01R23/12 

4ii 01

о:

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения параметров пьезоэлект- рических и магнитострикционных резонаторов.

Целью изобретения является сокращение времени измерений.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные компаратор 1, RS-триг гер 2, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, коммутатор А и генератор 5 качающейся частоты, четырехполюсник 6 с измеряемым резонатором, последовательно соединенные фазовый детектор 7, дифференциатор 8 и корректор 9 скорости линейно изменяющегося напряжения, частотомер 10, усилитель 11 постоянного тока, первую и вторую клеммы 12 и 13 устройства для подключения четырехполюсника с измеряемым резонатором и клемму 14 Пуск устройства.

Компаратор 1 выполнен на микросхеме К521САЗ. Инверсньш вход .компаратора 1 соединен с выходом фазового детектора, а прямой вход - с общим проводом устройства (не показано). Генератор 3 линейно изменяющегося напряжения выполнен по схеме интегратора со сбросом и с управлением от RS-триггера 2..Генератор 5 качающейся частоты содержит LC-автогене- ратор с варикапом. Варикап соединён с управляющим входом генератора 5 качающейся частоты через резистор. Четырехполюсник 6 с измеряемым резонатором содержит два резистора со- противлениег 600 Ом. Первьй вьшод первого резистора является входом, а вывод второго резистора - выходом четырехполюсника 6. Второй вывод второго резистора соединен .с общим проводом устройства (не показано) .

Резонатор соединен с вторым выводом первого резистора и первым выводом второго резистора при измерении резонансной частоты. При измерении антирезонансной частоты резонатор подключен параллельно второму резистору. При этом второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора. Корректор 9 скорости линейно изменяющегося напряжения вьшолнен в виде после ;овательно соединенных двухполупериодного выпрямителя и аналогового делителя напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии RS-триггер 2 . находится в Нулевом состоянии, коммутатор 4 находится в положении 2 , напряжение на выходе генератора 3 равно нулю. По команде Пуск RS-триггер 2 переходит в единичное состояние, включая генератор 3 и переключая коммутатор 4 в -положение 1, Генератор 3.формирует линейно изменяющееся напряжение, которое изменяет частоту генератора 5 в диапазоне частот, охватывакщем частоты резонанса и антирезонанса резонатора, Б начале диапазона изменения частоты генератора 5 сдвиг фазы четырехполюсника 6 с измеряемыми резонатором близок к . 1Г/2. При этом выходное напряжение фазового детектора 7 максимально, а на выходе дифференциатора 8 напряжение

близко к нулю. На выходе корректора 9 напряжение максимально. В этом случае на интегратор генератора 3 поступает максимальное напряжение, поэтому скорость изменения напряжения на его выходе и скорость изменения частоты генератора 5 максимальны.

С приближением частоты генератора 5 к резонансной частоте измеряемого

резонатора напряжение на выходе фазового детектора. 7 начинает уменьшаться. На выходе дифференциатора 8 по- .является отрицательное напряжение, пропорциональное скорости изменения

напряжения на вьпсоде фазового детектора 7. Это приводит к уменьшению напряжения на выходе корректора 9 и к уменьшению скорости изменения частоты генератора 5 вблизи резонансной

частоты. Изменение частоты генератора 5 продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе фазового детектора 7 не достигнет нулевого уровня. При этом срабатывает компаратор 1,

которьш устанавливает RS-триггер 2 в нулевое состояние. Если бы изменение частоты происходило с постоянной максимальной скоростью, то резо.нанс- ная частота была бы изменена с погрешностью, так как перепад напряжения на выходе фазового детектора 7 бьш бы недостаточным для срабатывания компаратора 1. Этб объясняется тем, что при высокой скорости линей3

но изменяющегося напряжения время возбуждения колебаний в исследуемом резонаторе значительно меньше постоянной времени установления колебаний, определяемой добротностью исследуемого резонатора, т.е. .частота генератора 5 находится вблизи резонансной частоты в течение времени, недостаточного для возбуждения ко- лебаний в испытуемом резонаторе.

Уменьшение скорости изменения частоты генератора 5 вблизи резонансной частоты измеряемого резонатора обеспечивает точное воспроизведение фазочастотной характеристики измеряемого резонатора на выходе фазового детектора 7 и уверенное обнаружение резонанса при переходе фазочастотной характеристики через нуль. После ус- тановки RS-триггера 2 в нулевое состояние коммутатор 4 переводится в положение 2, в результате чего выход фазового детектора 7 через усилитель 11 постоянного тока подклю чается к элементу перестройки частоты генератора 5. Происходит точное дослеживание резонансной частоты системой фазовой автоматической подстройки частоты генератора 5. После достижения точной настройки на частоту резонанса происходит измерение ее частотомером 10.

Сокращение времени измерений достигается за счет уменьшения скорости изменения частоты генератора 5 вблизи резонансной (антирезонансной) частоты резонатора. Это позволяет увеличить начальную скорость изменения частоты прокачки и уменьшить время поиска резонанса (антирезонанса) до 0,2 с в диапазоне частот (100 - 150) кГц. Ввиду того, что скорость изменения частоты генератора 5 вблизи резонансной частоты мала и напряжение, пропорциональное частоте резонанса (антирезонанса), фиксируется компаратором при переходе напряжения на выходе фазового детектора через нуль-, то возможность про- пуска резонансной (антирезонансной) частоты отсутствует. Поэтому начальная расстройка. в системе фазовой ав- топодстройки частоты генератора 5

5 0 5 о

0 5 Q

5

12

после перевода коммутатора и в положение 2 мала, что и уменьшает время переходных процессов в устройстве.

Формула изобр.е тения

1. Устройство для измерения частот резонанса и антирезонанса электромеханического резонатора, содержащее последовательно соединенные генератор качакщейся частоты, четырехполюсник с измеряемым резонатором, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и коммутатор, выход которого соединен с управляющим входом генератора качающейся частоты, первый выход которого соединен с опорным входом фазового детектора, а второй выход генератора качающейся частоты подключен к входу частотомера, выход фазового детектора соединен с входом дифференциатора, выход генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с вторым входом коммутатора, управляющий вход которого соединен выходом RS-триггера, первый вход которого соединен с шиной Пуск устройства, а второй вход RS-триггера подключен к выходу компаратора, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени измерений, в него введен корректор скорости линейно изменяющегося напряжения, при этом выход дифференциатора через корректор скорости линейно изменяющегося напряжения подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения, вьтолненного с регулируемой .крутизной линейно изменяющегося, напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом RS-триггера, выход фазового детектора соединен с сигнальным входом компаратора.

2. Устройство по п.1, о т л и - чающее ся тем, что корректор скорости линейно изменяющегося напряжения выполнен в виде последовательно соединенных двухполупериод- ного выпрямителя и аналогового делителя.

Изобретение служит для сокращения времени измерений частот резонанса и антирезонанса электромеханических резонаторов. Устройство содержит компаратор 1, RS-триггер 2, генератор (Г) 3 линейно изменяющегося напряжения, коммутатор 4, Г 5 качающейся частоты, четырехполюсник 6 с измеряемым резонатором, фазовый детектор 7 и дифференциатор 8. Введение корректора 9 скорости линейно изменяющегося напряжения уменьшает скорость изменения частоты Г 5 качающейся частоты вблизи резонансной (антирезонансной) частоты резонатора. Это позволяет увеличить начальную скорость изменения частоты прокачки и уменьшить время поиска резонанса до 0,2 с в диапазоне частот 100-150 кГц. 1 з.п.ф-лы, i ил.