Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, а именно статической емкости и сопротивления изоляции.

Цель изобретения - повышение быстродействия измерения за счет исключения времени на перенастройку коэффициента передачи масштабного преобразователя при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора .

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства-, на фиг.2 - полная эквивалентная схема замещения кварцевого резонатора.

Устройство содержит блок 1 синхронизации, источник 2 опорного напряжения, клеммы 3 для подключения кварцевого резонатора, операционный усилитель k, опорный конденсатор 5 (Со), первый 6 и второй 7 измерители мгновенных значений напряжения, масштабирующий преобразователь 8, первый 9и второй 10 блоки вычитания, компаратор 11 .

Выход источника 2 опорного напряжения (ИОН) соединен с одной из клемм 3 для подключения кварцевого резонаСП

4

сл

со

4.

тора (КР), другая клемма для подключения КР соединена при этом с инвертирующим входом операционного усилителя (ОУ) 4, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный конденсатор 5 (С0), неинвертирующий вход ОУ соединен с общей шиной устройства, а выход ОУ - с входами первого измерителя 6 мгновенных эна- чений напряжения (ИМЗН1), второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения (ИМЗН2) и первым входом второго блока 10 вычитания (БВ2), при этом второй вход второго блока 10 вы читания соединен с выходом первого блока 9 вычитания (БВ1), а выход - с вторым входом компаратора 11, первый вход которого соединен с выходом источника 2 опорного напряжения.

Выход первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения соединен через масштабирующий преобразователь 8 с первым входом первого блока 9 вычитания, второй вход которого соеди- нен с выходом второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения. Пеп

. Q 5

5

0

вый выход блока 1 синхронизации соединен с входом синхронизации источника 2 опорного напряжения, второй выход - с входом синхронизации первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения, третий выход - с входом синхронизации второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 синхронизации вырабатывает синхроимпульсы, которые управляют работой источника 2 опорного напряжения, на выходе последнего формируется последовательность однополярных прямоугольных импульсов амплитудой U«, поступающая через кварцевый резонатор, подключенный к клеммам, на вход операционного усилителя +, в цепь отрицательной, обратной связи которого включен опорный конденсатор 5 емкостью С0,

Выходное напряжение ПУ в зависимости от соотношения эквивалентных параметров КР описывается одним из выражений

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения статических параметров кварцевых резонаторов. Цель изобретения - повышение быстродействия измерения за счет исключения времени на перенастройку коэффициента передачи масштабного преобразователя при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора - достигается путем введения новых функциональных связей, а также выбора момента времени поступления синхроимпульса на управляющий вход второго измерителя мгновенных значений напряжения T₂ равным 2T₁+ΔТ_сн, где T₁ - момент времени поступления синхроимпульса на управляющий вход первого измерителя мгновенных значений напряжения. В результате этого не требуется перенастройки коэффициента передачи масштабирующего преобразователя (К_МП=2) при переходе с одного диапазона измерения измеряемых параметров кварцевого резонатора на другой, что значительно упрощает настройку устройства. 2 ил.

Ґ4

оу (О

J

при o 3-ot (1

9)1 + УЈСсг +

JGOCoRu3

, - sin(wt ио ,w

a2

+ ЦоСст. + Uot C0C0RU3

fec,-,, + aL) + UsCiL + Ьц

при о - a2

УаС,Г e;njv 1 + U2t C0 - n - m mn -1

при u a2

при cjj a2

где Ос

R«

2L,

GO

i

U)2 6

. oO

arctg -;

d

-n -a + -j

a2 -U)|;

-я - 4a2 - 00J . L, , С, - динамические параметры кварцевого резонатора (фиг.2); СсТ - статическая емкость кварцевого резонатора,

9)1 + УЈСсг +

JGOCoRu3

40

5

0

Ru - сопротивление изоляции кварцевого резонатора;С0 - емкость опорного

конденсатора; UQ - амплитуда выходного напряжения источника 2.

Первый измеритель 6 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью AtCM, поступающему на вход синхронизации в момент времени t, фиксирует выходное напряжение Uu4(t) в момент времени t{ + ftt

-см

5

равное UVJHJK, (t + ДССц.).

Второй измеритель 7 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью fltclt, поступающему на вход синхронизации в момент времени

t,j 2t1 + uttw фиксирует выходное напряжение UQlJ(t) в момент времени 2t + &tcu + fitcu 2(t, + btcu), равное UUM5Hl(2t + .).

При все процессы, описы3

ваемые показательной функцией, можно считать закончившимися, так как уже

при t - экспоненциальная составля- а

ющая принимает значение 99,3% от установившегося., Таким образом, выбрав , -,

т.е. выполнив условие окончания переходных процессов, получаем выражение для напряжений на выходах измерителей мгновенных значений напряжения

ии«3н (t + utcu) +

L.Q

UoC U0(,4. Co C0R,

.ол-ц,

U

ИМ4НО

(2t, + 2fitCH) 2фт- +

Со

+ y°Јi + y2l2ti + 2utci;)

CQCoRuj

Напряжение с выхода измерителя 6 через масштабирующий преобразователь 8 поступает на первый вход первого блока 9 вычитания, на другой вход которого поступает напряжение с выхода измерителя J. Выходное напряжение первого блока 9 вычитания описывается выражением

KurlUuN-bHI - UUHJHJ ,

где Кмп 2 - коэффициент передачи

масштабирующего преобразователя . Следовательно,

U

2имнъш UuMaHi

Со

БВ1

UoC,

f с,

Таким образом, выходное напряжение и&в( пропорционально значению статической емкости кварцевого резонатора .

Напряхкение с выхода первого блока 9 вычитания поступает на один из входов второго блока 10 вычитания, на другой вход которого поступает напряжение с выхода операционного усилителя А. При этом выходное напряжение второго блока 10 вычитания равно U ь&г UBB Uoy

15346

Напряжение с выхода второго бло- , ка 10 вычитания поступает на один из входов компаратора 11, на другой вход которого поступает напряжение с выхода источника 2 опорного напряжения, при этом на выходе компаратора 11 формируются импульсы, длительность fltn которых определяется из условия

Uc

и

561

Выбрав величину Up, таким обрасом, чтобы компаратор изменял свое состояние в момент времени ut tl( т.е. когда все переходные процессы закончатся, получают равенство

и - УО

U0р р

WKMj

из которого находится величина utH$

ut us из

Таким образом, устройство осуществляет измерение статических параметров кварцевого резонатора. При этом погрешность измерения статической емкости кварцевого резонатора в предлага

емом устройстве одинакова с известным и может быть найдена из выражения

I

30

uUcT - UbE, - UuH3n(t) где UHHaH(t, §f.

Уе-Si

Относительная погрешность измерения статической емкости кварцевого резона- 5 тора в устройстве определяется из вы- ражения

§„ -fiHuL- т 00% Јi- 100%.

U M3NH (t)Ь Т

0

Погрешность измерения статической

5

емкости кварцевого резонатора в предлагаемом устройстве так же, как и в известном, зависит только от отношения динамической и статической емкостей кварцевого резонатора и не эави- .сит от момента фиксации выходного напряжения операционного усилителя и других эквивалентных параметров кварцевого резонатора.

Отношение С,/Сст есть величина, ® обратная частотному коэффициенту г, значение которого для различных типов среза кварца лежит в пределах 130- 2500, т.е.

3« -.100% sO,0...0,77%

LCT r

Б то же время предлагаемое устройство упрощено по сравнению с известным за счет введения новых функциоv

нальных связей и выбора момента времени поступления синхроимпульса на управляющий вход измерителя 7 t, равным 2t( + utc.t . В результате не требуется перенастройки коэффициента передачи масштабирующего преобразователя 8 при переходе с одного диапазона измерения параметров кварцевого

резонатора. Коэффициент передачи мае- JQ ряжения и первым входом первого блока

штабирующего преобразователя равен двум и остается неизменным при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора. Это значительно упрощает настройку устройства и исключает потери времени на его перенастройку При переходе с одного диапазона измерения параметров на другой.

15

вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, а выход - с вторым входом компаратора, при этом первый вход второго блока вычитания соединен с выходом второго измерителя мгновенных значений напряжения, первый выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации источника опорного напряжения, второй выход - с входом синхронизации первого измерителя мгновенных значений напряжения, третий выход - с входом синхронизации второго измерителя мгновенных значений напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия измерения, выход первого измерителя мгновенных значений напряжения через масштабирующий преобразоФормул-а изобретения

Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, содержащий источник опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения кварцевого резонатора и первым входом компаратора, вторую клемму для подключе- 30 ватель соединен с вторым входом втония кварцевого резонатора, соединенрого блока вычитания.

-в «-чЦн- я::

ную с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен.опорный конденсатор, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной устройства, а выход - с входами первого и второго измерителей мгновенных значений нап

0

5

вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, а выход - с вторым входом компаратора, при этом первый вход второго блока вычитания соединен с выходом второго измерителя мгновенных значений напряжения, первый выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации источника опорного напряжения, второй выход - с входом синхронизации первого измерителя мгновенных значений напряжения, третий выход - с входом синхронизации второго измерителя мгновенных значений напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия измерения, выход первого измерителя мгновенных значений напряжения через масштабирующий преобразователь соединен с втор

рого блока вычитания.

Wcr

ц

ti

Фиг.1

if

ci JL

фиг.I