Устройство для измерения пьезоэлектрического модуля Советский патент 1981 года по МПК G01R29/22 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

1

Изобретение относится к технике измерений электрофизических параметров ньезокерамических материалов и может быть использовано для измерения пьезоэлектрического юдуля пьезокристаллов.

Известно устройство для измерения пьезоэлектрического модуля, содержащее эталонный пьезоэлемент, подвергающийся сжатию механическим усилием с помощью электромагнита, усилители напряжений, снимаемых с эталонного и измеряемого пьезоэлементов, элемент сравнения и блок цифровой индикации D.

Недостатком его является необходимость проверки и поддержания стабильности характеристик эталонного пьезоэлемента.

Известно также устройство для измерения напряжения в цифровой форме (в том числе напряжения, формируемого после механического воздействия на пьезоэлемент), которое содержит три

МОДУЛЯ

ключа, интегратор, компаратор, генератор счетных импульсов, цифровой счетчик, триггер и блок индикации С23.

Недостатком его является невозможность определения пьезоэлектрического модуля в цифровой форме.

Цель изобретения - автоматизация измерений.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее два входа ройства, один из которых соединен с корпусом устройства, а второй - с входом первого ключа; управлякиций вход которого подключен к первому выходу триггера, вторым выходом соединенно15го с управляющим входом второго ключа, выходом соединенного с выходом первого ключа и входом интегратора, выход которого подключен к одному из входов компаратора, вторым входом со-20единенного с корпусом устройства, и. генератор счетных импульсов, выходом соединенный с управляющим входом третьего ключа, выход которого через цифровой счетчик подключен к блоку индикации, введены второй триггер, усилитель, датчик механического усилия и Генератор импульсов заданной длительности, вход которого соединен с входом Пуск, а первый, выход упомя нутого генератора подключен к одному из входов триггера, вторым входом соединенного с Вторым выходом генератора импульсов заданной длительности и одним из входов второго триггера, второй вход которого подключен к выходу компаратора, а выход второго триггера соединен с входом третьего ключа, при этом датчик механического усилия через усилитель подклю 1ен к входу второго ключа. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временнь1е зависимости сигналов в некоторых узлах блoк-cxe ы устройства. Устройство содержит электромагнит для механического нагружения Испытуемого пьезоэлемента 2, датчик 3 меха нического усилия, усилитель 4, ключи 5 и 6, интегратор 7, компаратор 8 триггер 9, генератор 10 импульса заданной длительности, триггер 11, генератор 12 счетных импульсов, ключ 1 цифровой счетчик 14, блок 15 индикации, входы устройства 16 и 17 и вход Пуск 18. Устройство работает следующим образом. Цикл измерения начинается с того, что в момент времени t (фиг. 2) генератором 10 импульса заданной длительности через триггер 9 открываетс ключ 6 и закрывается ключ 5 и производится нагружение испытуемого пьезо злемента силой F. При этом за время Т (фиг. 2) заряд с пьезоэлемента полностью стекает через входное сопротивление интегратора. Напряжение на выходе интегратора 7 возрастает по закону tj (-Ч 4«) , t где Q - заряд, образовавшийся на об разце вследствие прямого пьезоэффекта; Кд- коэффициент пропорционапьно ти. Под воздействием приложенной нагрузки датчик 3 механического усили выдает электрический сшнал, которы после его усиления усапителем 4 поступает на вход закрытого ключа 5, причем напряжение на выходе усилите я 4, есть лунейная функция силы F агружения Up KpF , де Кр - величина постоянная, определяемая при калибровке датчика механического усилия. Через интервал времени Т,, когда апряжение J i(f )Я , генераор 10 закрывает ключ 6 и открывает люч 5. Таким образом, в момент to входу интегратора 7 оказывается приоженным напряжение U, дротивоположое по знаку напряжению,и({)1({)-У0.4,„т. роме того, в момент t импульсом от . енератора 10 через триггер II открыается ключ 13 и импульсы с частотой o поступают от генератора 12 на вход ифрового счетчика 14. В момент tg , f когда Qi компаратор 8 ерез триггер 11 выключает ключ 13 и рекращает доступ импульсов на счетчик 14. Время поступления импульсов t д на ход счетчика 14--,определяется из усовия Х Ьх e QbffMt i alUpcJt kg-QrkgkpJpai Учитывая, что F - установившееся значение силы нагружения - величина постоянная для данного цикла измерения , последнее соотношение можно переписать в виде М - Q. .( или р- - Kptx Пр определению пьезоэлектрический модуль dj выражается соотношением d33 Тогда с учетом предыдущих выражений d33 Mir Таким образом, число импульсов, зафиксированных блоком 15 индикации за время tj( , опред&1яется из соотношения N - tx fо Тогда время tj определяется из форNмулы t -т , а величину пьезомодуля легко определить из соотношения . N 7о Число импульсов прошедших на отсчам-ное устройство как функция пьезомодуобразца определяется из выражеfo

N

Кр зэФормула изобретения

Устройство для измерения пьезоэлектрического модуля, содержащее дв входа, один из которых соединен .,с корпусом устройства, а второй - с вхдом первого ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера, вторым выходом соединенного с управляющим входом второго ключа, выходом соединенного с выходом первого ключа и входом интегратора, выход которого подключен к одному из входов компаратора, вторым входом соединенного с корпусом у Ыройства, и генератор счетных импульсов, выходом соединенный с управляющим входом третьего ключа, выход которого через цифровой счетчик подключен к блоку

индикации, отличающееся тем, что, с целью автоматизации измерений, в него введены второй триггер, усилитель, датчик механического

усилия и генератор импульсов заданной длительности, вход которого соединен с входом Пуск, а Первый выход омянутого генератора подключен к одному из входов триггера,-вторым входом соединенного с вторым выходом генератора импульсов заданной дпитель-. ности и одним из входов второго триггера, второй вход Которого подключен к выходу компаратора, а выход второго

триггера соединен с входом третьего ключа, при этом датчик механического усилия через усилитель подключен к входу второго ключа.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции 1 2197459, кл, G 01 О 1/00,

2.Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы 1973, с. 186 (прототип).