Устройство для контроля электрического сопротивления Советский патент 1991 года по МПК G01R27/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования электрического сопротивления в пропорциональную ему частоту электрического сигнала.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемого сопротивления за счет увеличения чувствительности устройства.

На чертеже изображено устройство для контроля электрического сопротивления.

Устройство содержит резонатор на поверхностных акустических волнах (ПАВ), выполненный в виде пьезоэлектрической подложки 1 и размещенных на ней двух отражателей 2 и 3 из разомкнутых полосок 2.1-2.п и 3.1-З.п соответственно и двух встречно-штыревых -преобразователей (ВШП)4 и 5 между ними с полосками 4.1-4.п и 5.1-5.П соответственно, а также автогенераторный усилитель 6, подключенный между контактными площадками 7 и 8 двух ВШП 4 и 5 через трансформаторы 9 и 10, по одному из выводов вторичных обмоток которых соединены между собой и с соединенными вместе контактными площадками 7 и 8, крайние внешние полоски 2.1 и З.п отражателей снабжены контактными площадками 11 и 12 для подключения контролируемого электрического сопротивления 13, полоски 4.п и 5.1 образуют полоску шириной, равной удвоенной ширине полосок2.1-5.п, полоски отражателей и преобразователей 2.1-4.П и 5..п выполнены с одним общим пространственным периодом, равным половине резонансной длины ПАВ на покрытой полосками отражателей 2 и 3 преобразователей поверхности подложки 1 из данного материала, усилитель 6 подключен к источнику 14 питания, выход устройства соединен с частотомером 15.

Устройство работает следующим образом.

При включении блока 14 питания автогенератор, состоящий из автогенераторного усилителя 6 и ПАВ-резонатора, начинает вырабатывать электрический сигнал на резонансной частоте ПАВ-резонатора При этом встречно-шгыревые преобразователи преобразуют ПАВ в электрический сигнал и обратно, а полоски отражателей отражают ПАВ гак, что она является как и в любом

другом резонаторе, стоячей волной, имеющей наибольшую амплитуду на резонансной частоте. Распространяющаяся по поверхности пьезоэлектрической подложки

1 ПАВ создает в силу пьезоэффекта соответствующее электрическое поле, так что между соседними полосками отражателей (например, 2.1-2.2) и преобразователей (например, 4.1-4.2) возникает разность потенциалов, поскольку расположены они, как указывалось, на расстоянии в полволны, т.е. в противофазе. В связи с этим каждая пара полосок в силу того же пьезоэффекта переизлучает волну в фазе, зависящей от составляющих комплексного сопротивления этих полосок. В числе составляющих сопротивления каждой пары имеет место и составляющая,зависящаяот подсоединенного к всей цепи и сопротивлений пар контролируемого сопротивления 13. Так что изменение контролируемого сопротивления 13 изменяет фазу переизлуче- ния каждой пары полосок, как, например, 2.1-2.2, так, например, и 4 1-4.2 Изменение

фазы переизлучения (отражения) каждой пары полосок приводит к изменению фазы отражения отражателей 2 и 3, а, следовательно, и фазовой задержки во всей поло- сковой структуре ПАВ-резонатора, что и

объясняет увеличение чувствительности Изменение фазовой задержки приводит к изменению резонансной частоты, частоты выходного сигнала датчика, снимаемого с выхода автогенераторного усилителя 6. Последняя частота, измеряемая частотомером 15, отображает изменение контролируемого сопротивления 13.

Однако обеспечить указанное увеличение чувствительности можно только при минимальномрасстоянии между

отражателями, при котором фазовая задержка равна только сумме фаз отражения, а фазовый набег на расстоянии между отражателями отсутствует или по крайней мере

пренебрежимо мал Первым шагом на пути создания такой структуры является размещение полосок 4 1-4 п и 5 1-5 п каждого преобразователя и ближайшего к нему отражателя соответственно 2 1-2 п и 3 1 -3 п с

0 одинаковым пространственным периодом При этом в фазе синхронно отражают волну

все эти пары полосок. Таким образом, синхронное расположение ВШП относительно отражателей обеспечивает объединение ВШП и отражателей в две единые отражательные структуры 2-4 и 5-3, так что рассто- яние между последними - расстояние между внутренними крайними полосками 4.п и 5.п - есть расстояние между отражателями.

Отсюда и следует возможность неогра- ничейной, до нуля, в отличие от расстояния между отражателями 2 и 3, минимизации расстояния между структурами 2-4 и 3-5.

Выбранное из этих соображений нулевое расстояние между структурами 2-4 и 3-5 и дает полоску 4.П-5.1 шириной, равной удвоенной ширине полоски преобразователя 4.1-5.п. Кроме того, синхронное размещение ВШП создает противофазное расположение и, следовательно, наиболее эффективное воздействие на волну и в парах крайних соседних полосок отражателей и преобразователей, а именно в парах 2.п- 4.1,5.п-3.1.

Симметричное включение усилителя 6, реализованное с помощью трансформаторов 9 и 10, позволяет не соединять одну из контактных площадок ВШП с корпусом и тем самым избежать экранирования полосок ВШП, исключения их вклада в иэмере- ние фазы ПАВ и соответственно уменьшения чувствительности.

Устройство использовалось для контроля емкости варикапа 2 В 122 В с номинальной емкостью 1,9 пФ. ПАВ-резонатор устройства, выполненный на частоту около 100 МГц на подложке YZ-среза ниобата лития, содержал по 200 полосок 2.1-2.200 и 3 1.-3.200 в каждом отражателе 2 и 3 и по 5 полосок 4.1-4.5 и 5.1-5.5 в каждом преоб- разователе 4 и 5. Ширины полосок и промежутков выбраны, как обычно, равными половине их периода. Период этот, как указывалось, равен половине резонансной длины ПАВ на покрытой полосками отража- телей и преобразователей поверхности подложки и выражается как

. у

2f -(b/d)(Av/v) где fo - центральная частота отражения от- ражателей, равная в рабочем одномодовом режиме ПАВ-резонатора резонансной частоте ПАВ-резонатора;

b - ширина полоски, ,5;

v - скорость ПАВ на свободной поверх- ности, для данного материала и среза под- ложки равная 3488 м/с;

Д v/v - относительное изменение скорости ПАВ при закорачивании свободной-

поверхности металлической полоской, равное в данном случае .

И тогда ,527 мкм, ,5, ,764 мкм.

В качестве автогенераторного усилителя 6 использовалась микросхема К 175УВ4. Чувствительность такого устройства равна 2,5-Ю6 Гц/пФ или соответственно 3x107 Гц/Ом. Для специального устройства по схеме прототипа были получены значения чувствительное™: 3.2х104 Гц/пФ, 4,3х105 Гц/Ом.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля электрического сопротивления, содержащее резонатор на поверхностных акустических волнах, выполненный в виде размещенных на пьезоэлектрической подложке двух полосковых отражателей, встречно-штыревого преобразова- .теля с контактными площадками, расположенного между полосковыми отражателями, причем ширина полосок полосковых отражателей и встречно- штыревого преобразователя одинакова, автогенераторный усилитель, частотомер, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемого сопротивления, полоски отражателей выполнены разомкнутыми, причем крайние из них снабжены контактными площадками для подключения между ними контролируемого со- противления, введенвторой

встречно-штыревой преобразователь с-контактными площадками, размещенный между первым встречно-штыревым преобразователем и одним из полосковых отражателей, полоски каждого встречног штыревого преобразователя и полоски ближайшего к нему полоскового отражателя размещены с одним пространственным периодом, внутренние полоски встречно-штыревых преобразователей выполнены в виде общей полоски, ширина которой равна удвоенной ширине полосок, вход и выход автогенераторного усилителя соединены с соответствующими контактными площадками встречно-штыревых преобразователей, выход автогенераторного усилителя соединен с частотомером.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемого сопротивления, контактные площадки встречно-штыревых преобразователей соединены с соответствующими первыми выводами первичных обмоток двух трансформаторов, вторые выводы которых объединены и соединены с соответствующей контактной площадкой одного из встречно-штыревых преобразователей,

первые выводы соответствующих вторим-ток-с корпусом устройства, один из первых

ных обмоток трансформаторов соединенывыводов первичной обмотки соответствуюс входом и выходом автогенераторного уси-щего трансформатора соединен с частотолигеля, а вторые выводы вторичных обмо-мером.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования электрического сопротивления в пропорциональную ему частоту электрического сигнала. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемого сопротивления за счет увеличения чувствительности преобразователя, Устройство содержит резонатор на поверхностных акустических волнах, выполненный в виде размещенных на пьезоэлектрической подложке двух полосковых отражателей 2 и 3 и по крайней мере одного встречно-штыревого преобразователя 4 между ними, автогенераторныйусилитель 6, подключенный между преобразовательными контактными площадками 7 и 8. Полоски отражателей 2 и 3 выполнены разомкнутыми, крайние полоски отражателей снабжены контактными площадками 11 и 12 для подключения между ними контролируемого сопротивления, между отражателями размещены два преобразователя 4 и 5, полоски каждого преобразователя и ближайё