Устройство для автоматического контроля параметров пьезокерамических элементов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электромеханических фильтрах . Устройство для автоматического контроля параметров пьезокерамических элементов содержит арифметический блок (Б) 1, цифровой индикатор 2, генератор (Г) 3 ступенчатого напряжения , Г 4 качающейся частхзты,. измерительный четырехполюсник 5 с исследуемым пьезоэлементом 6, 5 правляемый аттенюатор 7, усилитель 8, детектор 9, переключатель 10, инвертор 11, Б 12 нормирования амплитуды, Б 13, 14 памяти, Б 15 управления, усилитель 16 с переключаемым коэффициентом усилений , ключ 17, Б 18 сравнения и Б 19 индикации. Повьшается точность измерения и расширяются функциональные возможности устройства за счет, одновременного измерения отношения напряжений на частотах резонанса и антирезонанса . 5 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИX

РЕСПУБЛИН

И99Ы2 А1 (Я) 4 С 01 R 29 22

f3":

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н A торС О@ ca @ETE bCTBÓ (2 1) 3953644/24-21 (22) 16.09.85 (46) 30.05.88. Бюл. У 20 (72) Х.А.Айнетдинов, А.П.Каширин, 0,Н.Миронов, Э.А.Рыбак и О.В.Шкицкий (53) 621. 317. 361 (088. 8) (56) Авторское свицетельство СССР

У 756318, кл. С Oi R 29/22, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электромеханических фильтрах. Устройство для автоматического контроля параметров пьезокерамических элементов содержит арифметический блок (Б} 1, цифровой индикатор 2, генератор (Г) 3 ступенчатого напряжения, Г 4 качающейся частоты,, измерительный четырехполюсник 5 с исследуемым пьезоэлементом 6, управляемый а т те нюатор 7, усилитель 8, де тектор

9, переключатель 10, инвертор 11 Б

12 нормирования амплитуды, Б 13, 14 памяти, Б 15 управления, усилитель

16 с переключаемым коэффициентом усиления, ключ 17, Б 18 сравнения и Б

19 индикации. Повышается точность измерения и расширяются функциональные возможности устройства за счет, одновременного измерения отношения напряжений на частотах резонанса и антирезонанса. 5 ил.

1399692

Изобретение Относится к измерительной технике и может быть исполь*зовано для автоматического контроля резонансного промежутка hf резонансной f и антирезонансной "д частот

6f и отношения — пьезокерамических

f элементов и пьезоэлементов, устанавливаемых в электромеханических фильт- 1 рах (ЭИФ).

Цель изобретения — повышение точности измерения и расщирение функциональных возможйостей устройства за счет одновременного измерения отно- i5, шения напряжений на частотах резонан са и антирезонанса, разнести частот антирезонанса и резонанса и Отноше. ние этой разности к резонансной частоте.

На фиг. I представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — типовая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) пьезоэлемента, устанавливаемого в ЖФ; на фиг.3 — диаграмма определения анти= резонансной частоты пьезоэлемента, на фиг.4 — диаграмма опрецеления ре1 зонансной частоты пьезоэлемента; на фиг,5 — циклограмма работы блока управления.

Устройство (фиг.1) соцержит арифметический блок 1, цифровой индикатор 2, последовательно соединенные генератор 3 ступенчатого напряжения, 35 генератор 4 качающейся частоты, измерительный четырехполюспик 5 с исследуемым пьезоэлементом 6, управляемый аттенюатор 7, усилитель 8, детектор 9„ переключатель 10, инверЩ тор 11 и блок 12 нормирования амплитуды, первый и второй блоки 13 и

14 памяти,, последовательно соединенные блок 15 управления, усилитель

16 с переключаемым коэффициентом усиления, ключ 17, блок 18 сравнения и блок 19 инцикации.

Устпойство работает следующим образом.

Испытуемый элемент 6 устанавливают в четырехиолюсник 5 с постоянным резисторным сопротивлением нагрузки, производят запуск устройства сигналом "Пуск" (фиг, 5 а) . При этом блок

15 управления (фиг. 5 б) разрешает запуск генератора 3 ступенчатого на.пряжения, который изменяет частоту генератора 4, Частота генератоца 4 увеличивае Гся прп эTQM пярвоначаль= ное значение его частоты находится на 20-30% ниже резонансной частоты испытуемого элемента, которая определена его геометрией и задается уровнем выходного сигнала генератора 3 ступенчатого напряжения, уровень которого устанавливается с помощью блока 15 управления. Изменяющаяся частота синусоидальной формы с генератора 4 поступает на вход четырехполюсника. 5. С выхода четырехполюсника 5 сигнал пропорционально амплитудно-частотной характеристики испытуемого элемента (фиг. Эа) посту. пает на вход управляемого аттенюатора 7 и вход усилителя 16 с нормированным коэффициентом усиления 1000, устанавливаемый по команде "Пуск" (фиг.5в). При этом собственное затухание управляемого аттенюатора 7 равно нулю, а выход усилителя 16 отключен ключем 17. С выхода управ,пяемого аттенюатора 7 сигнал поступает на усилитель 8, детектируется детектором 9 и продетектированный сигнал через переключатель 10 подается на вход инвертора 11, Переключатель 10 устанавливается в исходное состояние по команде "Пуск" с выхода блока 15 управления (фиг. 5 r). На выходе инвертора 11 сигнал инвертируется (фиг.3б) и поступает на блок

12 нормирования АЧХ пьезоэлемента, устанавливается в исходное состояние по сигналу блока 15 управления (фиг. 5 д) . При достижении заданного

"уровня на выходе блока 12 нормирования амплитуды вырабатывается сигнал и поступает в блок 15 управления (фиг. 5 е). Сигнал, формируемый блоком 12, с выхода блока 15 управления поступает на вход управляемого аттенюатора 7 (фиг. 5 ж), затухание которого увеличивается на заданную степень, и сигнал на входе усилителя 8 уменьшается пропорционально введенному затуханию. Данный процесс производится до прохождения максимума АЧХ пьезоэлемента (фиг. 3 в) за период первой прокачки частоты, т.е. нормируется амплитуда пьезоэлементов в зависимости от их активности. Частота сигнала генератора 4, достигнув зацанного конечного значения (20

30% выше значения антирезонансной частоты)), изменяется вновь, при этом блоком 15 управления (фиг. 5 е) за45

5О з

13 прещается дальнейшая работа блока

12 нормирования амплитуды и разрешается работа блоков 13 и 14 памяти (фиг. 5 и). Сигнал с инвертора 11 поступает на блоки 13 и 14 памяти.

В первом из них запоминается экстремальная величина напряжения АЧХ пьезоэлемента, а во втором 4/5 экстремальной величины (фиг. 3 г). Величина 4/5 У „,определена экспериментальным путем.

Частота генератора 4 изменяется в третий раз в прямом направлении и при достижении уровня, запомненного в блоке 13 памяти, на выходе его появляется сигнал, поступающий в блок

15 управления (фиг. 5 к), который дает команду на уменьшение скорости прокачки генератора 4 и на сравнение амплитуды с запомненным напряжением блока 14 памяти (фиг. 5 л).

При достижении уровня напряжения блока 14 памяти на выходе его вырабатывается сигнал (фиг. 3 д), который поступает в блок 15 управления (фиг. 5 м). Частота генератора 4 начинает изменяться в обратном направлении и напряжение достигает уровня, запомненного в блоке 14 памяти, с противоположной стороны АЧХ пьезоэлемента (фиг. 3 е). Одновременно напряжение АЧХ пьезоэлемента поступает в блок 13 памяти, производя корректировку экстремальной величины напряжения АЧХ. Тогда на выходе блока 14 памяти вырабатывается сигнал и частота генератора 4 вновь из- меняется в обратном направлении и в момент равенства текущей амплитуды (фиг. 3 ж) уровня напряжения блока

13 на выходе его вырабатывается сигнал и производится остановка генератора 4 через генератор 3 ступенчатого напряжения. Значение частоты генератора 4 будет эквивалентно антирезонансу пьезоэлемента.

Одновременно блоком 15 управления (фиг. 5 м) дается разрешение на запись частоты генератора 4 в одну из памятей арифметического блока 1. Сигналом блока 15 управления (фиг. 5 м) через ключ 7 выход усилителя 16 подключается к входу блока 18 сравнения с элементом памяти уровня, на котором производится запоминание значения

9969? 4 уровня антирезонанса fд, усиленного в 1000 раз. После временной задержки, равной времени записи частоты около

1 с, блоком 15 управления снимается сигнал разрешения записи частоты (фиг. 5 м), а в арифметическом блоке

1 отключается память частоты антирезонанса и подключается другая память — резонанса, коэффициент усиления усилителя 16 сигналом блока 15 управления (фиг. 5 в) устанавливается равным 10 и ключом 17 отсоединяется от запоминающего входа блока 18 сравнения, управляемый аттенюатор 7 устанавливается в положение ноль, детектор 9 отключается от входа инвертора 11 и подключается к его выходу. Затем производится определение значения резонансной частоты Й „ и его уровня, т.е. производится запуск генератора 4 временным сигналом (фиг. 5 м), а далее работа устройства, как видно из диаграммы 1на

25 фиг.4, аналогична изложенному поиску антирезонанса до остановки гене,ратора 4 (фиг. 4 е).

После остановки генератора 4 бло"

3О ком 1 5 управления (фиг . 5 м) дается разрешение на запись частоты генератора 4 во вторую память арифметического блока 1, ранее подключенной к генератору 4.

Одновременно выход усилителя 16 с коэффициентом усиления 10 через ключ

17 подключается к второму входу блока 18 сравнения и сравнивается значение уровня резонанса 10 U с ранее запомненным уровнем антирезонанса

1000 U . Если 10 U„ áîëüøå, чем

1000 U,Hà выходе блока 18 сравнения появляется сигнал, который поступает на. блок 19 индикации и загорается световой индикатор "Годен" или "Брак".

В это же время производится запись в память арифметического блока 1 значения резонансной частоты. После временной задержки, равной времени записи частоты около 1 с, сигнал (фиг. 5 м) блока 15 управления запрещает запись и разрешает производить в арифметическоы блоке операцию вычисления резонансного промежутка К,которая определяется как разность частот антирезонанса Гд и резонанса f„ пьезоэлемента (ai. — 4- ) .

5 з

Результат вычисления выводится йа цифровое табло индикатора 2 и . фиксируется.

Затем вычисляется отношение реЗвнансного промежутка hf к резонансной частоте fÄ(hf/fÄ).

Результат вычисления выводится на цифровое табло индикатора 2. На этом работа устройства заканчивается.

Устройство обеспечивает измерение частот резонанса и антирезонанса на

Одном нагрузочном сопротивлении и

Позволяет снизить их относительную

Погрешность дЕ/f „ с +10 до +5.10 ед з -Ф

Ц одновременно расширить функциойальные возможности устройства в части проведения контроля отношений напряжений резонанса и антирезонанса, что позволит исключить измерение лож. ных резонансов и повысить выход годных пьезоэлементов на 22/.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для автоматического контроля параметров пьезокерамических элементов, содержащее последовательно соединенные генератор ступенчатого напряжения, генератор качающейся частоты и измерительный четырехполюсник, последовательно соединенные усилитель и детектор, первый выход блока управления соединен с управляющим входом генератора ступенчатого напряжения, блок индикации и блок сравнения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения отношения напряжений на частотах резонанса и антирезонанса, разности частот антирезонанса и

99б92 6 резонанса и отношение этой раэности к резонансной частоте, в него введены управляемый аттенюатор, усилитель б с переключаемым коэффициентом усиления, переключатель, инвертор, блок нормирования амплитуды, арифметический блок, цифровой индикатор и два блока памяти, при этом второй выход генератора качающейся частоты через арифметический блок соединен с входом цифрового индикатора, выход измерительного четырехполюсника соединен с входами управляемого аттенюатора и усилителя с переключаемым коэффици ентом усиления, выход которого через ключ соединен с первым и вторым входами блока сравнения, вход блока индикации подключен к выходу блока сравнения, выход детектора через последовательно соединенные переключатель и инвертор соединен с входами блока нормирования амплитуды, первого и второго блоков памяти и вторым

2r выходом переключателя, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы блока управления соединены с соответствующими управляющими входами арифметического блока, управляемого аттенюатора, переключателя, усилителя с переключаемым коэффициентом усиления, ключа, блока сравнения, блока нормирования амплитуды, первого и второго блоков памяти, первый

35 вход блока управления соединен с клем1а 11 мой Пуск устройства, второй, третий и четвертый входы блока управления соединены с соответствующими вы40 ходами второго и первого блоков памяти и блока нормирования амплитуды, а выход управляемого аттенюатора подключен к входу усилителя.

Опии

1399692

Ймх

«Ip 0m

gmal

J mN

Утак.

fp8mo

Птах

Yf так

Пск

К= 1000

ФИГ записд ji

1ик

snuck (у

Фиг. х

В ж) г!

8! и) и) е)

«) и) л) и) /а биг.д

Рижан настриг на а (Imam

4 9glаах,ц Dmin

Я ®юк! 1 2 Я Я 4 1