Устройство для измерения электрофизических характеристик пьезокерамических резонаторов Советский патент 1980 года по МПК G01R29/22 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЯМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЬЕЭОКЕРАМИЧЕСКИХ РЕЗбНАТОРОВ

1

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к области измерений электрофизических параметров пьезокерамических резонаторов, и можетбыть использовано для автоматического контроля резонаторов по пьезомодулю в динамическом режиме, по скорости звука и по добротности.

Известно устройство для автоматического измерения частоты резонанса, Ю обеспечивающее определение скорости звука путем вычислени:я произведения частоты резонанса на коэффициент, характеризуюьшй.геометрические размеры, содержащее автогенератор гармони-15 ческих колебаний с элементом электронно перестройки частоты, дискретный фазовращатель, балансный фазовый дискриминатор, усилитель и рёзисти.вный четырехполюсник с измеряемым 20 резонатором, в котором элемент электронной перестройки частоты через последовательно соединенные упомянутый четырехполюсник и вновь введенный операционный усилитель подключен к 25 КС-цепи, выход которой подключен к элег-ленту электронной перестройки частоты. ., /

Однако данное устройство не позволяет непосредственно измерять зна- 30

чение пьезомодуля в динамическом режиме, что уменьшает его быстродействие.

Известно устройство-прототип для измерения полного набора упругих пьезоэлектрических и диэлектрических констант пьезЬэлектрических материалов, содержащее последовательно соединеНные а:втб rlwepатор и измерит ель ный четырехполюсник, а также образцы материалов и индикатор фазы, которое снабжено блоком управления, вычислительным устройством и коммутатором, при ЭТОМ a B 15re pafdp BMn 5rrHeH уп- равляемым, а три образца материалов (пьезокерамически с резонаторов) подобраны с радиальными, продольными и сдвиговыми 1 олебаниями и через коммутатор подсоединены к одному из входов индикатора фазы, другой вход которого подключен к входу.измерительного четырехполюсника, а выход - к управляющим входам автогенератора и блока управления, выходы которого соединены со входами коммутатора и вычислительного устройства,. связанного с выходом автогенератора.

Недостатками прототипа является сложность и малое быстродействие, так как параметры пьезокерамических

резонаторов вычисляются мшииной по изйеренным зйачёниям частот резонанса и антирёзонаяса, а не измеряются а дин 1Мическом режиме.

Целью изобретения является повн1йениё бьзстрбдей ст вй я з а счёт соItplщ ния .объема вычислительных операций,

Эта цель достигается тем,что в . устройство для измерения электрофизических характеристик пьезокерамических резонаторов, содержащее последовательно соединенные автогенератор гармонических колебаний,управляемый по частоте, и измерительный четырехполюсник с пьезокерамическим резонатором,между выходом измерительного четырехполюсника и управляющим входом автогенератора включены послеДовательно соединенные датчик амплитуда деформаций,преобразователь амплитуды деформации в постоянное напряжение и экстрематор, выход упомянутого Преобразователя амплитуды деформации в постоянное напряжение непосредственно, а вход его - через преобразователь добротности в постоянное напряжение. Подключены к делителю, при этом автогенератор выполнен в виде генератора радиоимпульсов и к его выходу дополнительно подключен измеритель средней частоты радиоимпульсаг

На чертеже приведена блок-схема устройства,, - . .

Устройство работает следующим образом. . :,

Радноимпульсный автогенератор 1 возбуждает импульсом измеряемый пьезокерамический резонатор 2. После ппекрашения действия радиоимпульса, в паузах между радиоимпульсами, пьезоэлектрический резонатор 2 продолжает колебаться некЬторое время на своей резонансной частоте. Амплитуда свободных колебаний затухает по экспо нентё соответственно его добротности. Датчик 3 амплитуда деформации выра- батывает напряжение, пропорциональное величине Деформации, Для измерения амплитуды колебаний поверхности резонабора чувствительный элемент датчика 3 может быть связан с колеблющимися поверхностями резонатора акустически, оптически, электромагнитным, емкостным или другим образом через жидкую, газообразную или твер- . дую среду. В качестве датчика 3 могут быть использованы датчики виброМетро типа УБВ-4, типа УБВС-3 (ин дуктивные датчики), Могут быть использЬв.аны пьезоэлектрические датчики, например, из кваоца или из пьёзокерамики, работаюгяие на принципе прямого пьез.оэффекта.

Напряжен ие датчика 3 поступает в гфёббразователь 4 амплитуды деформации в постоянное напряжение и на преобразователь 5 добротности в постоянное напряжение. На выходе преоб разова.тепя 4 формируется напряжение

737884

постоянного тока, пропорциональное величине произведения пьезомодуля на добротность. На выходе преобразователя добротности формируется напряжение постоянного тока, пропорциональf ное добротности. Напряжение с выходов преобразователей 4 и 5 поступают на делитель б, на выходе которогоформируется напряжение частного пропорциональное пьезомодулю.

Таким образом, выход делителя 6 является носителем информации об измеряемом пьезомодуле.

Для определения скорости звука нужно выявлять резонансную частоту, на которой будет максимум деформации.

5 С целью автоматизации настройки на.максимум .амплитуды деформации выходное напряжение преобразователя 4 поступает через экстрематор 7 на управляющий вход автогенератора 1,

0 Экстрематор 7 представляет собой экстремальную систему автоматического регулирования, самонастраивающуюся на максимальный входной параметр - на максимальную амплитуду

5 деформации. Это возможно благодаря

действию за время радиоимпульса цепи

обратной связи экстрематора, которая

включает в себя автогенератор 1, пе. рестраиваемый электронно по частоте,

четырехполюсник с резонатором 2,

датчик 3 амплитуды деформации и преобразователь 4, Выходное напряжение экстрематора - медленно меняющееся напряжение постоянного тока, которое, изменяясь, воздействует на цепь

управления частотой автогенератора.

Частота автогенератора измеряется измерителем 8 србдней частоты генератора. Отсчетное устройство измерителя средней частоты может быть про0 градуировано непосредственно в единицах скорости звука, которая равна произведению значения резонансной частоты на коэффициент, характеризующий геометрические .размеры пьезоj Керамического резонатора.

Получение напряжения, пропорционального добротности, возможно по известной схеме определения добротности Через декремент затухания свободных колебаний в паузах между радиоимпульсами, В тарой схеме информация о добротности содержится в длительности выходного импульса, пропорциональной.условно величине измеряемой добротности резонатора. Последовательно включенный с этой схемой преобразователь длительности в напряжение сформирует аналоговый выходной сигнал. В амплитуде сигнала

0 аналогового выхода преобразователя 5 добротности в напряжение, содержится информация о величине добротности измеряемого резонатора, эта добротность может быть измерена амплитудным индикатором. Предлагаемое убгройсто обладает быстродействием вследствие паралле ного измерения благодаря радиоимпу кому режиму и параллельнбму съёму информации измеряемых параметров. Формула изобретения Устройство для измерения электро физических характеристик пьезокерамических резонаторов, содержащее последовательно соединённые автогенератор гармонических колебаний, управляемый по частоте, и измерительный четырехполюсник с пьезокерамическим резонатором, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью по вышения его быстродействия, сокращения объема измерений, между выходе измерительного четырехполюсника и 5 правл1йрщим входом автогенератс а включены последовательно соединённые датчик амплитуды деформации, преобразователь амплитудыдеформаций в постойнное напряжение и экстрематор, выход упомянутого преобразователя амплитуда .деформации,в постоянное напряжение непосредственно а выход его - через преобразователь добротности в постоянное напряжение подключены к делителю, при этом автЬгенератс з выполнен в виде генератора радхйоимпульеов и к его вйходу дополнительно подключен измеритель средней частоты радиоимпульса.