Устройство для контроля качества электроакустических преобразователей

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при изготовлении, настройке и исследовании электроакустических преобразователей (ЭП), например для ультразвуковой микррсварки интегральных микросхем и микроэлектронных , преобразователей информации колебаниями широкого спектра частот. Цель изобретения - расширение функа циональных возможностей - достигается за счет полного анализа входного сопротивления преобразователя. При этом о качестве судят по величине и соотношению трех составляющих входного сопротивления Zg R + + jfX, преобразователя, а также зависимости Zg от ширины спектра, подаваемого на его вход электрического сигнала .(ЭС), и/или от положения спектра ЭС на частотной оси и/или от спектральной плотности ЭС. По отклонению этих характеристик от характеристик высококачественных преобразователей производится отбраковка проверяемых ЭП. Схема устройства для про верки качества ЭП содержит УЗ генератор 1, ЭП 2, спектральный фазовращатель 3, квадраторы 4 и 7, перемножители 5 и 6, вычислительный блок 8, перестраиваемый фильтр 9, измерительное сопротивление 10 и переключатель 11. 1 ил. S (Л п LiJTffULrT U/ /1 //М/М п 4 4

1 62 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)4 Н 03 Н 3 02

< у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4133380/24-21 (22) 18.08.86 (46) 30.11.88.Бюл. ¹ 44 (7l) Институт электроники АН БССР (72) В.М.Колешко, А.В.Гулай и К.В.Уласевич (53) 62),317 (088.8) (56) Колешко В.М.Ультразвуковая микросварка. Минск;Наука и техника, 1977, с.61-67. (54) УСТРОЙСТВО gJISI KOHTPOJDI КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при изготовлении, настройке и исследовании электроакустических преобразователей (ЭП), например для ультразвуковой микросварки интегральных микросхем и микроэлектронных.преобразователей информации колебаниями широкого спектра частот.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей — достигает- . ся за счет полного анализа входного сопротивления преобразователя. При этом о качестве судят по величине и соотношению трех составляющих входного сопротивления 2 = R + iXQ + е р т

+ aI X,ïðåîáðà3îâàòåëÿ, а также зависимости Ze от ширины спектра, подаваемого на его вход электрического сигнала (ЭС), и/или от положения спектра ЭС на частотной оси и/или от спектральной плотности ЭС. По отклонению этих характеристик от характеристик высококачественных преобразователей производится отбраковФ С ка проверяемых ЭП. Схема устройства щ для проверки качества ЭП содержит УЗ генератор 1, ЭП 2, спектральный фазовращатель 3, квадраторы 4 и 7, перемножители 5 и 6, вычислительный блок 8, перестраиваемый фильтр 9, ф измерительное сопротивление 10 и переключатель II. 1 ил.

1441462

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть исполь.зовано при изготовлении, настройке и исследовании электроакустических пре5 образователей,например, для ультразвуковой микросварки интегральных микросхем и микроэлектронных преобразователей информации колебаниями широкого спектра частот. 10

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства за счет полного анализа входного сопротивления преобразователя.

Сущность изобретения заключается в том, что о качестве электроакустических преобразователей судят поаеличине и соотношению трех составляю щих входного сопротивления преобразователя. 20

Z Rp + ьX@+ +)Х а также по зависимости входного сопротивления преобразователя от ширины 25 спектра, подаваемого на его вход электрического сигнала, и(или) от положения спектра электрического сигнала на частотной оси и(или) от спектральной плотности электрического сигнала. По .отклонению названных характеристик от характеристик высококачественных преобразователей производится отбраковка проверяемых пре.образователей.

Третья составляющая входного сопротивления преобразователя — составляющая искажения — измеряется при возбуждении его несинусоидальным электрическим сигналом. В качестве несинусоидального сигнала может быть использована периодическая, случайная или псевдослучайная последовательность импульсов различной скважнос- 45 .ти, сигнал, модулированный по амплитуде или частоте, а также шумовой сигнал с различной спектральной плотностью.

Необходимость измерения третьей составляющей входного сопротивления— составляющей искажения — обусловлена тем, что в случае работы преобра-; зователя в режиме возбуждения несинусоидальным сигналом не выполняется условие

Т определяющая дополнительные потери энергии. Оценка мощности потерь на искажения Т производится с помощью ,составляющей искажения входного coII» ротивления преобразователя.

Составляющие спектрального сопротивления определяются по основным параметрам несинусоидального напряжения на преобразователе и тока через преобразователь с использованием следующих выражений: активная составлявшая

u l реактивная составляющая

R„ /D, Р (2) составляющая искажения х, = к „ /в; вещественный коэффициент корреля) ции

+т

R„ = lim 1/22 j U(t)i(t)dt;(t) т мнимый коэффициент корреляции тт

R „; = lim 1/2Т J U (t) i(t)dt

Т- оа

-т (5) коэффициент корреляции искажения т

ll ) м (;) ) (6) дисперсия тока

+т

D, = lim 3/2Ò j i (t) dtl (7) дисперсия напряжения

+Т

Э = lim I/2Ò j U (t)dt, (8)

-т где U(t) и (й) — напряжение на преобразователе и ток . через него; где S Р и (— соответственно, полная, активная и реактивная мощности.

В данном случае имеет место мощность искажения

1441462

1! (t) — напряжение, сформик рованное из U(t), в котором каждая гармоника поверну та на н /2.

Период Т при осуществлении способа выбирается из условия Т вЂ” 10 T где Т „ — период самой низкочастотной гармоники возбуждающего сигнала.

Для повышения точности отбраковки некачественных преобразователей производится контроль зависимости составляющих входного импеданса Z от ширины спектра возбуждающего сиг15 нала Ь Г и(или) от расположения его на частотной оси (от величины средней частоты спектра f ), и(или) от спектральной плотности сигнала S(f).

Многомерный контроль (по несколь20 ким зависимостям) уменьшает вероятность попадания параметров некачественных преобразователей в область параметров качественных преобразова25 телей.

Изменение входного спектрального сопротивления при изменении f Г и S(f) обусловлено следующими обстоятельствами. В случае варьирования

30 величины gf, например при ее увеличении, процесс электроакустического преобразования сигнала происходит на все большем количестве частот, в том числе и резонансных частот отдельных элементов преобразователя. 35

Поглощение энергии на этих частотах отражается на величине входного сопротивления преобразователя, контролируя.которое, можно судить о величине поглощаемой энергии преобразователем, 40 т, е. о его качестве. Диапазон варьирования величины Е выбирают равным 20-200 кГц.

В случае изменения fop спектра 45 производится сканирование всего спектра рабочих частот преобразователя, который включает участки, содержащие как частоты резонансов, положительно сказывающихся на качестве технологического процесса,, так и частоты резонансов, отрицательно влияющих на качество технологического процесса.

Контроль входного спектрального сопротивления Ес при изменении Гср позволяет выделить указанные участки частотного спектра преобразователя и оценить поглощение энергии на данных участках.

Пределы изменения величины f вьгбирают равными 50-250 кГц, Далее, контроль входного спектрального сопротивления при изменении спектральной плотности сигнала позволяет выявить нелинейность параметров преобразователя. Величину спектральной плотности S(f) изменяют в

« 2 пределах 10-10 мВ/Гп

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ультразвуковой генератор 1, электроакустический преобразователь 2, спектральный фазовращатель 3, первый квадратор 4.первый 5 и второй 6 перемножители, второй 7 квадратор, вычислительный блок 8, перестраиваемый фильтр 9, измерительное сопротивление (Кк )

10 и переключатель 11.

Выход ультразвукового генератора 1.

1 подключен напрямую или через перестраиваемый фильтр 9 (в зависимости от положения переключателя 11) к входу электроакустического преобразователя 2, второму входу перемножителя 5, входам спектрального.фазовращателя 3 и второго квадратора 7.

Выход электроакустического преобразователя 2 подключен к входу первого квадратора 4, первым входам перемножителей 5 и 6 и измерительному сопротивлению 10. Выход спектрального фазовращателя 3 соединен со вторым входом перемножителя 6. Выходы квадраторов 4 и перемножителей 5 и 6 подключены.к входам вычислительного блока 8.

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковой генератор 1 вырабатывает несинусоидальный электрический сигнал, которыи через переключатель ll в положении "1" поступает на входы электроакустического преобразователя 2, спектрального фазо.вращателя 3, квадратора 7 и второй вход перемножителя 5. Благодаря подключенному измерительному сопротивлению 10 на выходе электроакустического преобразователя 2 присутствует напряжение, пропорциональное протекающему через преобразователь току.

Это напряжение поступает на вход квадратора 4, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный (t). Сигнал с выхода электроакусти1441462

Формула изобретения

Составитель Л.Сорокина

Редактор А.Ревин Техред М.Цидык Корректор С.Шекмар

Заказ 6295/56 Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ческого преобразователя 2 поступает также на первые входы перемножителей 5 и 6. Таким образом, на выходе перемножителя 5 присутствует сиг5 нал, пропорциональный V(t) i (), а на выходе перемножителя 6 — пропорциональный 0 (t)i(t), так как на второй вход перемножителя 6 поступает сигнал U (t) с выхода спект- 10 к рального фазовращателя 3 ° На выходе квадратора 7 сигнал пропорционален

П (С). Далее сигналы i (С), U(t)i(t), к L

U (t) i (t), U (t) поступают соответственно на первый — четвертый входы вычислительного блока 8, который выполняет математические операции по формулам (l) — (8). В результате на первом — третьем выходах (цифровых индикаторах) вычислительного блока 8

20 имеются численные значения трех составляющих входного спектрального сопротивления преобразователя, величины которых и их соотношение определяют качество электроакустического преоб25 разователя, В случае контроля зависимости входного спектрального сопротивления 30 от ширины спектра и(или) положения спектра на частотной оси, и(или) спектральной плотности сигнала напряжение несинусоидальной формы подается с выхода ультразвукового генератора 1 через переключатель 11 в положении "2" и перестраиваемый фильтр

9. С помощью перестраиваемого фильтра 9 производится изменение указанных спектральных характеристик сигна- 40 ла в зависимости от которых иэменяется величина спектрального сопротивления.

Устройство для контроля качества электроакустических преобразователей, содержащее ультразвуковой генератор, две клеммы для подключения контролируемого объекта, одна из которых соединена с измерительным сопротивлением, другой вывод которого соединен с общей шиной, и вычислительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет полного анализа входного сопротивления преобразователя, в качестве ультразвукового генератора использован генератор несинусоидального сигнала и в устройство введены последовательно соединенные переключатель, перестраиваемый фильтр и спектральный фазовращатель, а также два квадратора, два перемножителя, причем подвижный контакт переключателя соединен с выходом генератора несинусоидального сигнала, первый неподвижный контакт переключателя соединен с другой клеммой для подключения контролируемого объекта, выходом перестраиваемого фильтра, и входами первого перемножителя и второго квадратора, одна из клемм для подключения контролируемого объекта соединена с другими входами первого и второго перемножителей, первый вход второго перемножителя соединен с выходом спектрального фазовращателя, а выходы двух квадраторов и двух перемножителей соединены с входами вычислительного блока.