Устройство контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов Советский патент 1990 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к радиоизерительной технике и предназначено ля контроля резонансной частоты варцевых кристаллических элементов в процессе их шлифования.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов в цессе шлифовю

На фиг,1 представлена блок-схема устройства контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов; на фиг.2 - блок-схема включе- ния притиров шлифовального станка со шлифуемыми кварцевыми кристаллическими элементами в измерительный четырехполюсник; на фиг.З - 6- временные диаграммы, поясняющие работу устройство ва.

Устройство контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов содержит последовательно соединенные высокочастотный генера- 25 тор 1, частотомер 2, делитель 3 частоты, модуляционный генератор 4 и аттенюатор 5, выход которого подключен к входу высокочастотного генератора 1. Устройство контроля резо- 0 нансной частоты кварцевых кристаллических элементов содержит также последовательно соединенные измеритель- ный четырехполюсник б, усилитель 7 высокой частоты, высокочастотный фазовый детектор 8 и низкочастотный фазовый дискриминатор 9, а также последовательно с оединенные одновибратор 10, электронный ключ 11 и счетчик 12 Выход высокочастотного генератора 1 д подключен также к клемме для подключения входа измерительного четырехполюсника 6 и к второму входу высокочастотного фазового детектора 8. Выход модуляционного генератора 4 под- Д5 ключей к входу одновибратора 10, к второму тактовому) входу счетчика 12 и к второму входу низкочастотного фаз ового дискриминатора 9, выход

КОТОРОГО ПОДКЛЮЧеН К ВТОРОМУ ВХОДУ JQ

электронного ключа 11. Первый вход счетчика 12 является выходом установки счетчика 12 в нуль. Выход счетчика соединен с клеммой для подключения клеммы для управления шлифоваль- ным станком. Одновибратор 10, электронный ключ 11 и счетчик 12 составляют блок выделения импульса малой длительности.

35

д

о

5 0 д Д5

JQ

5

Измерительный четырехпольешк б, вариант выполнения которого представлен на фиг.2, включает в себя измерительный электрод 13, который встроен в один из двух притиров 14 шлифовального станка, между которыми находятся шлифуемые кварцевые кристаллические элементы (ККЭ)15 и шлифовальная суспензия 16, второй из притиров 14 соединен с шиной Корпус. Резистор 17 служит для согласования входного сопротивления измерительного четырехполюсника с волновым сопротивлением : тракта высокочастотного сигнала, резистор 18 задает ток, протекающий через подэлектродное пространство 19, В процессе шлифовки ККЭ 15 движутся между шлифовальными притирами 14 шлифовального станка, периодически попадая в подэлектродное пространство 19, остальное время подэлектродное пространство 19 заполнено шлифовальной суспензией 16.

Устройство контроля резонансной частоты ККЭ работает следующим образом.

Высокочастотный генератор 1 вырабатывает частотно-модулированный сигнал, средняя частота которого измеряется частотомером 2, С целью устранения погрешности измерения средней частоты генератора период модуляции берется в целое число раз меньше времени измерения частоты.Это обеспечивает делитель 3 частоты, синхронизирующий частоту модуляционного генератора 4 с опорной частотой частотомера 2. Аттенюатор 5 обеспечивает необходимую глубину модуляции.

При наличии в подэлектродном пространстве 19 только шлифовальной суспензии 16 случайные изменения ее электрических параметров в процессе шлифовки приводят к случайным изменениям фазочастотной характеристики измерительного четырехполюсника 6, что в свою очередь, приводит к случайным изменениям сигнала на выходе высокочастотного фазового детектора 8 и на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9. Этот сигнал не содержит информации о собственной частоте шлифуемых ККЭ.

При прохождении в поцэлектродном пространстве 19 ККЭ 15 возможны два варианта: резонансная частота ККЭ 15 значительно отличается от средней частоты высокочастотного генерэтоpa 1 либо резонансная частота ККЭ 15 совпадает со средней частотой высокочастотного генератора 1. При значительном отличии либо при равенстве резонансной частоты ККЭ 15 и средней частоты высокочастотного генератора I наклоны фазочастотных характеристик измерительного четырехполюсника 6 имеют разные знаки, поэтому на вы- ходе высокочастотного фазового детектора 8 вырабатывается сигнал модулирующей частоты соответственно синфазный либо противоположный сигналу модуляционного генератора 4, на выхо- де низкочастотного фазового дискриминатора 9 - сигнал соответственно низкого либо высокого уровня. Изменение электрических параметров суспензии 16 при нахождении ККЭ в подэлект- родном пространстве 19 приводит лишь к незначительным сдвигам фронтов сигнала модулирующей частоты на выходе высокочастотного фазового детектора 8 т.к. изменения фазовой характеристики измерительного четырехполюсника 6 в дачном случае незначительны. Это объясняется тем, что ККЭ 15 вытесняет суспензию 16 из подэлектродного пространства 19 и шунтирующее влия- ние суспензии уменьшается. При совпадении резонанйной частоты ККЭ 15 со средней частотой высокочастотного генератора влияние суспензии 16 еще больше уменьшается, т,к0 динамическое сопротивление ККЭ при последовательном резонансе минимально. Это связано с тем, что при/попадании ККЭ 15 в подэлектродное пространство 19 и вытеснении из него суспензии 16 площадь поверхности электрода 13, омываемая шлифовальной суспензией (шунтирующий сигнал), уменьшается. Т.к3 проводимость зависит от площади сечения проводника, то с уменьшени- ем площади электрода уменьшается и шунтирующее влияние суспензии 16.

Время нахождения ККЭ 15 в подэлек- тродном пространстве 19 зависит от конструкции шлифовального станка, скорости вращения его притиров 14 и может составить 3-5 периодов модулирующей частоты. Основное же время в подэлектродном пространстве 19 находится шлифоватьная суспензия 16, и на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 вырабатывается сигнал, не содержащий информации о резонансной частоте ККЭ 15„ Средняя

« 0 5 0 о 5

5

частота высокочастотного генератора I устанавливается савной конечной частоте ККЭ 15 и- при шлифовании, когда резонансная частота ККЭ изменяется при изменении -го геометрических размеров, всегда ь ступает момент совпадения средней частот i высокочастотного генератсра 1 н резонансной частоты шлифуемых ККЭ 15.

Сигналы модулирующей частоты, пблучаемой на выходе высокочастотного фазового детектора 8, когда фаэо-г частотная характеристика измерительного четырехполюсника 6 имеет наклон, или же удвоенной модулирующей частоты, когда фазочасготная характеристика имеет перегиб, вырабатываются при нахождении ККЭ 13 в подэлектродном пространстве 19. Основное же время на выходе высокочастотного фазового детектора 8 вырабатывается случайный сигнал, вызванный изменениями электрических параметров суспензии 16. Аттенюатором 5 устанавливается величина девиации,, оптимальная для ККЭ 15, находящихся в .успензии 16 и равная примерно F-10 , где F -- резонансная частота ККЭ 15.

При наличии противофазных сигналов (фиг.,3) на входах низкочастотного фазового дискриминатора 9, который вырабатывается при наличии ККЭ 15 в подзлектродном пространстве 19, и совпадении его резонансной частоты со средней частотой высокочастотного генератора 1 на выхсде низкочастотного фазового .дискриминатора 9 вырабатывается сигнал О. Короткие импульсы, возникающие вблизи фронтов модулирующего сигнала, запираются импульсами, вырабатываемыми одновябрато- ром 10. Одновибратор 10 запускается по переднему и заднему фронтам модуляционного генератора 4 Таким образом, на выходе электронного ключа 11 устанавливается О, разрешающий счет счетчика 12. С каждым импульсом, поступающим на вход счетчика 12, он изменяет свое состояние на единицу и спустя время, определяемое коэффициентом деления, на его выходе появляется сигнал, который может быть использован для управления шлифовальным станком, например, для отключения станка.

Кривая на соответствует сигналу на выходе модуляционного генератора 4 низкой частоты, на фиг.36 - сигналу на выходе высокочастотного фазового детектора 8, на фигеЗв сигналу на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9, на фиг„ Зг - сигналу на выходе одновибратора 10, на фиг.Зд - сигналу на выходе электронного ключа 11, на фиг„3е - сигналу на выходе счетчика 12 Кривые под соответствующими буквенными обозначения ми обозначают отмеченные сигналы и на фиг.4,5,6.

Запирание коротких импульсов, воз15645728

с частотой высокочастотного генератора 1„ При наличии ККЭ 15 в подэлект- родном пространстве 19 фазочастотнай характеристика измерительного четырехполюсника 6 с включенным в него ККЭ 15 имеет вид, представленный на фиг06„ Временные диаграммы & сигнала на выходе аттенюатора 5 и на выходе высокочастотного фазового детектора 8 соответствуют области резонанса (между перегибами кривой А вблизи резонансной частоты fp).

При увеличении либо уменьшении час10

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических элементов в процессе их шлифования. Цель изобретения - повышение помехозащищенности. Средняя частота, вырабатываемая высокочастотным генератором 1, измеряется частотомером 2. Делитель 3 частоты синхронизирует частоту модуляционного генератора 4 с опорной частотой частотомера 2. Аттенюатор 5 обеспечивает необходимую глубину модуляции. Наклоны фазочастотных характеристик измерительного четырехполюсника 6, который включает в себя измерительный электрод, встроенный в один из двух притиров шлифовального станка, между которыми находятся шлифуемые кварцевые кристаллические элементы, имеют разные знаки, поэтому на выходе высокочастотного фазового детектора 8 вырабатывается сигнал модулирующей частоты - синфазный, либо противофазный сигналу модуляционного генератора 4. На выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 формируется сигнал низкого либо высокого уровня. Одновибратор 10 запускается по переднему и заднему фронтам модуляционного генератора 4, на выходе электронного ключа 11 устанавливаются логические "0" или "1", разрешающие или запрещающие работу счетчика 12. 6 ил.

пикающих вблизи фронтов модулирующего г тоты высокочастотного генератора 1

в области резонанса соответственно увеличивается либо уменьшается абс лютное значение сдвига фазы высоко частотного сигнала на выходе измер тельного четырехполюсника 6 относи тельно опорного сигнала на выходе сокочастотного генератора 1„ Соотв ственно уменьшается либо увеличива ся величина напряжения на выходе вы

сигнала, осуществляется с помощью электронного ключа 119 который может быть выполнен на логическом элементе ИЛИ-НЕ. На один из входов электронного ключа 11 подаются короткие им- 20 пульсы 1 (фиг.Зг), длительностью / превышающей длительность импульсов (фиг.Зв) на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 при нахождении ККЭ 15 в подэлектродном простран- 25сокочастотного фазового детектора 8,

стве 19 и совпадении частоты ККЭ 15т„е„ сигналы а,в на противо- с частотой высокочастотного генератора 1.

При наличии синфазных сигналов

(фиг.4) на входах низкочастотного фа- зопротивоположный, поэтому, как показазового .дискриминатора 9, которые выра-но на временных диаграммах б,г

батываются при наличии ККЭ 15 в под-(фиг06), сигналы на выходах аттенюаэлектродном пространстве 19, и значи-тора 5 и высокочастотного фазового

т„е0 сигналы а, в фазныо

Вне резонанса знак наклона фазо- частотной характеристики меняется на

тельном отличии его резонансной частоты от средней частоты высокочастот- ого генератора 1 на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 вырабатывается 1, устанавливающая счетчик 12 в исходное состояние и запрещающая счет,

При отсутствии ККЭ 15 в подэлект- родном пространстве 19 (фиг.5) на выходе низкочастотного фазового дискриминатора 9 вырабатывается сигнал с частотой модуляции, однако фаза его меняется случайным образом в соответствии с изменениями наклона фазочас- тотной характеристики измерительного четырехполюсника 6, вызванной случайными изменениями параметров суспен-

зии 16 в подэлектродном пространстве 190 На установочный вход счетчика 12 поступают импульсы 1, устанавливающие счетчик 12 в исходное состояние и запрещающие счет0

Сигнал на выходе счетчика 12 вырабатывается только при наличии ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19 и совпадении резонансной частоты ККЭ

тоты высокочастотного генератора 1

в области резонанса соответственно увеличивается либо уменьшается абсолютное значение сдвига фазы высокочастотного сигнала на выходе измерительного четырехполюсника 6 относительно опорного сигнала на выходе высокочастотного генератора 1„ Соответственно уменьшается либо увеличивается величина напряжения на выходе выт„е„ сигналы а,в на противо-

т„е0 сигналы а, в фазныо

Вне резонанса знак наклона фазо- частотной характеристики меняется на

детектора 8 синфазньи

Таким образом, только при наличии ККЭ 15 в подэлектродном пространстве 19 на выходе счетчика 12 вырабатывается сигнал, который может быть использован для управления шлифовальным Станком, например, для остановки станка

Устройство контроля резонансной частоты ККЭ может осуществлять контроль частоты резонансов ККЭ в процессе шли- фовки при наличии помех, вызванных случайными изменениями электрических параметров суспензии. Эффективность обнаружения сигнала резонанса на фоне помех обеспечивается применением согласованного фильтра, роль которого выполняет счетчик I2 - он выполняет роль интегратора и порогового элемента.

При прохождении ККЭ 15 через под- электродное пространство 19 на выходе электронного ключа 11 вырабатывается импульс, близкий по форме к прямоугольному, длительность которого равна времени прохождения ККЭ через подэлект- родное пространство.

Применение устройства контроля резонансной частоты ККЭ делает возможным контроль частоты резонанса ККЭ в процессе шлифования, что позволяет избежать промежуточных остановок шлифовального станка для контроля резонанс- ю ной частоты, прекращать шлифование при достижении заданной частоты и таким образом повысить помехозащищенность в процессе шлифовки

Формула изобретения

Устройство контроля резонансной частоты кварцевых кристаллических эле ментов, содержащее последовательно со единенные высокочастотный генератор, частотомер, делитель частоты, модуляционный генератор и аттенюатор, соединенные последовательно усилитель высокой частоты, высокочастотный фазо-25

15

-20

-е

15-Л

ю

25

15

20

вый детектор и низкочастотный фазовый дискриминатор, выход аттенюатора соединен с входом высокочастотного генератора, выход которого соединен с вторым входом высокочастотного фазового детектора и с клеммой для подключения входа измерительного четырехполюсника, вход усилителя высокой частоты соединен с клеммой для подключения выхода измерительного четырехполюсника, выход модуляционного генератора подключен к второму входу низкочастотного фазового дискриминатора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него дополнительно введены последовательно соединенные одновибратор, электронный ключ и счетчик, выход модуляционного генератора соединен с входом одно- вибратора и счетным входом счетчика, выход низкочастотного фазового дискриминатора подключен к сигнальному входу электронного ключа, выход счетчика соединен с выходом устройства

/j

е

L

т

Фиг. 2

1564572

Физ.5