Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения статических параметров кварцевых резонаторов. Цель изобретения - повышение быстродействия измерения за счет исключения времени на перенастройку коэффициента передачи масштабного преобразователя при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора - достигается путем введения новых функциональных связей, а также выбора момента времени поступления синхроимпульса на управляющий вход второго измерителя мгновенных значений напряжения T<SB POS="POST">2</SB> равным 2T<SB POS="POST">1</SB>+ΔТ<SB POS="POST">сн</SB>, где T<SB POS="POST">1</SB> - момент времени поступления синхроимпульса на управляющий вход первого измерителя мгновенных значений напряжения. В результате этого не требуется перенастройки коэффициента передачи масштабирующего преобразователя (К<SB POS="POST">МП</SB>=2) при переходе с одного диапазона измерения измеряемых параметров кварцевого резонатора на другой, что значительно упрощает настройку устройства. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„1541534 (51) 5 G 01 R 27/26
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ) )ЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4453236/24-21 (22) 29,06.88 (46) 07.02.90. Бюл, И 5 (71) Пензенский политехнический институт (72) В.А.Казаков, А.И.Мартяшин и А.В.Светлов (53) 621.317 ° 75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1205074, кл. G О1 R 29/21, 1986.
Авторское свидетельство СССР
N 1308939, кл. G 01 R 27/26, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИ4ЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и мо" жет быть использовано для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, Цель изобретения - повышение быстродействия измерения за
Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, а именно статической емкости и сопротивления изоляции, Цель изобретения - повышение быстродействия измерения эа счет исключения времени на перенастройку коэффициента передачи масштабного преобразователя при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - полсчет исключения времени на перенастройку коэффициента передачи масштабного преобразователя при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора - достигается путем введения новых функциональных связей, а также выбора момента времени поступления синхроимпульса на управляющий вход второго измерителя мгновенных значений напряжения равным 2t + h.t, где t< - момент времени поступления синхроимпульса на управляющий вход первого измерителя мгновенных значений напряжения, В результате этого не требуется перенастройки коэффициента передачи масштабирующего преобразователя (К <<„ = 2) при переходе с одного диапазона измерения измеряемых параметров кварцевого резонатора на другой, что значительно упрощает настройку устройства, 2 ил. ная эквивалентная схема замещения кварцевого резонатора.- ©з
Устройство соаержит блок 1 синхро- (;Д низации, источник 2 опорного напря- -,фу, жения, клеммы 3 для подключения квар. цевого резонатора, опера ционный усилитель 4, опорный конденсатор 5 (С, ), первый 6 и второй 7 измерители мгновенных значений напряжения, иасштабирующий преобразователь 8, первый 9 и второй 10 блоки вычитания, коипаратор 11.
Выход источника 2 опорного напряжения (ИОН) соединен с одной из клемм
3 для подключения кварцевого реэс на534 вый выход блока 1 синхронизации сое" динен с входом синхронизации источника 2 опорного напряжения, второй выход - с входом синхронизации первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения, третий выход - с входом синхронизации второго измерителя 7. мгновенных значений напряжения.
Устройство работает следующим образом, Блок 1 синхронизации вырабатывает синхроимпульсы> которые управляют работой источника 2 опорного напряжения, на выходе последнего формируется последовательность однополярных прямоугольных импульсов амплитудой Uu, поступающая через кварцевый резонатор, подключенный к клеммам, на вход операционного усилителя 4, в цепь отрицательной. обратной связи кото" рого включен опорный конденсатор 5 емкостью С<„
Выходное напряжение ОУ в зависимости от соотношения эквивалентных параметров KP описывается одним из выражений
--!—
U»C< со при
40o - о 0 о С ст U I> t —; е sin(cot +8 ) + -- — - +
C0 CoRu3
<„>г.
) а2
Ь>С4 -ОФ, (!о (-) = Cî, — — (! — е (! + t)) Боса Uut
C o CQRu3 при 2 о n-m m (!>С> à — -- С, при яг аг о 1 где 1. R„ — сопротивление изоляции кварцевого резонатора, С, — емкост.ь опорного конденсатора ; U — амплитуда выходного напряжения источника 2. Первый измеритель 6 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью Дс „, поступающему на вход синхронизации в момент времени t< фиксирует выходное напряжение U„>(t) в момент времени t< + Д Равное UI<»«(t» + 6" си) ° Второй измеритель 7 мгновенных значений напряжения по синхросигналу длительностью gt,р, поступающему на вход синхронизации в момент времени R> а 2Ь 1 (,Э -"юг - а > Р > 9 = arctg u7 ° а -n -a + а2 43 2 0 > ->и= -а - а R,,!...С,— 55 с —, 3 1541 тора (KP), другая клемма для подключения KP соединена при этом с инвертирующим входом операционного усилителя (ОУ) 4, в цепь отрицательной 5 обратнои связи которого включен опор. ный конденсатор 5 (С,>), неинвертирующий вход ОУ соединен с общей шиной устройства, а выход 0Y - с входами первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения (ИИЗН1) > второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения (ИИЗН2) и первым входом второго блока 10 вычитания (БВ2), при этом второй вход второго блока 10 вы- 15 читания соединен с выходом первого блока 9 вычитания (БВ1), а выход с вторым входом компаратора 11, первый вход которого соединен с выходом источника 2 опорного напряжения. Выход первого измерителя 6 мгновенных значений напряжения соединен через масштабирующий преобразователь 8 с первым входом первого блока 9 вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго измерителя 7 мгновенных значений напряжения ° Пе,", д г динамические параметры кварцевого резонатора (фиг,2); статическая емкость кварцевого резонатора, ->Й U»C ст Uo t + + n С, СК„, 30 ОоС от Со где U„„„< () uo Co» — U«H3«a Ср 5 154 t = 2 + ()с«, фйксирует выходное напряжение U, (t) в момент времени 2t g + htoI, + () с« = 2(С< + htoo) равное Ugg3I При tq > t,7 — все процессы, описываемые показательной функцией, можно считатЬ закончившимися, так как уже при t = — экспоненциальная составля5 а ющая принимает значение 99,3:: от уста нови вшегося . Таким образом, выбрав t< t, ) -, в т. е, выполнив условие- окончания переходных процессов, получаем выражение для напряжений на выходах измерителей мгновенных значений напряжения UI)I43I«(t < + ЬС«) = + Сст Со UoC< Uo(t< + ДСс<<) + -- — + ------- — — --- ° Со Со цз Uo Cc< (1««3«0 (2t< + 26tcI<) + Со 0о С< Us(2t< + 2 At cI<) Со Сой «3 Напряжение с выхода измерителя 6 через ма сштабирующи и преобраэовател ь 8 поступает на первый вход первого блока 9 вычитания, на другой вход которого поступает напряжение с выхода измерителя 7. Выходное напряжение первого блока 9 вычитания описывается выражением UFB< = KHoU«N «< U«H3I Следовательно, U<;B< = 2UuH3«< UoC< < ° С Таким образом, выходное напряжение U<;B< пропорционально значению статической емкости кварцевого резонатора. Напряжение с выхода первого блока 9 вычитания поступает на один из вхо. дов второго блока 10 вычитания, на другой вход которого поступает напря. жение с выхода операционного усилителя 4. При этом выходное напряжение второго блока 10 вычитания равно U BB2 = U&ы Uоч е 1534 Напряжение с выхода второго блока 10 вычитания поступает на один из входов компаратора 11, на другой вход 5 которого поступает напряжение с вы" хода источника 2 опорного напряжения, при этом на выходе компаратора ll формируются импульсы, длительность которых определяется иэ условия 10 " = U) <3a. Выбрав величину Uo, таким образом, чтобы компаратор изменял свое состояние в момент времени <3< «; т.е. когда все переходные процессы закончатся, получают равенство CoRuo из которого находится величИна lit« 5t I<& = Co R <<3 ° Таким образом, устройство осуществляет измерение статических параметров кварцевого резонатора. При этом погрешность измерения статической ем25 кости кварцевого резонатора в предлагаемом устройстве одинакова с известным и может быть найдена из выражения ! Ио С< 60о1 = U><3< UI Со Относительная погрешность измерения статической емкости кварцевого резона35 тора в устройстве определяется из выражения Фст С< 8., = — — — — 100 = --- 100 .. U I<3««(<) С ст Погрешность измерения статической емкости кварцевого резонатора в предлагаемом устройстве так же, как и в известном, зависит только от отношения динамической и статической емкостей кварцевого резонатора и не эави45.сит от момента фиксации выходного напряжения операционного усилителя и других эквивалентных параметров кварцевого резонатора, Отношение С
8 „= --- ° 100 = ----"-0,04...0,771 С<, 100:„ „ С В то же время предлагаемое устройство упрощено по сравнению с известным за счет введения новых функциоЬ 1541534 нальных связей и выбора момента времени поступления синхроимпульса на управляющий вход измерителя 7 tq, равным 2t + „. В результате не требуется пер ена стройки коэффи ци ента передачи масштабирующего преобразователя 8 при переходе с одного диапазона измерения параметров кварцевого резонатора. Коэффициент передачи мас- 10 штабирующего преобразователя равен двум и остается неизменным при изменении диапазонов измерения параметров кварцевого резонатора. Это значительно упрощает настройку устройства и исключает потери времени на его перенастройку при переходе с одного диапазона измерения параметров на другой. Формула изобретения Устройство для измерения статических параметров кварцевых резонаторов, 25 содержащии источник опорного напря,жения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения кварцевого резонатора и nepebw входом компаратора, вторую клемму для подключе- З0 ния, кварцевого резонатора, соединенную с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен. опорный конденсатор, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной устройства, а выход - с входами первого и второго измерителей мгновенных значений напряжения и первым входом первого блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, а выход - с вторым входом компаратора, при этом первый вход второго блока вычитания соединен с выходом второго измерителя мгновенных значений напряжения, первый выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации источника опорного напряжения, второй выход - с входом синхронизации первого измерителя мгновенных значений напряжения, третий выход - с входом синхронизации второго измерителя мгновенных значений напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия измерения, выход первого измерителя мгновенных значений напряже" ния через масштабирующий преобразователь соединен с вторым входом второго блока вычитания. 154 1,534 Подписное Тираж 552 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Редактор И.йулла Заказ 278 Составитель В.Семенчук Техред М. Ходанич Корректор В. Гирняк
