Устройство для контроля собственной частоты пьезоэлемента в технологическом процессе изготовления

 

Изобретение может быть использовано для прецизионного измерения параметров пьезоэлементов в технологических процессах. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей - достигается за счет уменьшения влияния индустриальных помех и инструментальных погрешностей интегратора , а также обеспечения регистрации величины и знака отклонения собственной частоты исследуемого пьеэоэлемента от заданной. Для этого в устройство введены второй качибрпванный пьезоэлемент 4,второй 5 и г ретий 6 управляемые ключи,первый 14 и второй 15 буферные регистры, триггер 13 и арифметический сумматор-вычитатель 16. При работе VCTPOU- ства сигнал с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов поступает на исследуемый пьезоэлемент 2, а также на первый 3 и второй 4 образцовые элементы, частота которых близка к частоте исследуемого пьсзоэлемента 2. Биения, которые образуются в смесителе 7, выделяются супергетеродинным приемником 8 и через первый ключ 9 и интегратор 10 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 11, цифровой сигнал с выхода которого запоминается в буферных регистрах, а затем обрабатывается в сумматоре-вычитателе 16, а информация отображается на блоке 17 индикации с дешифратором . 1 ил. (Л о to С& го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 Н 27, 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHAM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4670779/21 (22) 25. 01. 89 (46) 07.02.91. Бюл. Р 5 (71) Таджикский политехнический институт (72) 10.А.Тимошенков (53) 621 ° 317. 75 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 938404, кл. С 01 Н 13/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

9 1255986, кл. G 04 F 10/06, 1986. (5 4) УСТРОЙС ТВО ЛЯ КОНТ РОЛЯ С ОБ СТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ ПЬЕЗОЭЛЕИЕНТА В ТЕХНОЛОГИЧЕСЕОМ ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для прецизионного измерения параметров пьезоэлементов в технологических процессах, Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей — достигается за счет уменьшения влияния индустриальных помех и инструментальных погрешностей ин— тегратора, а такыре обеспечения регистрации величины и знака отклонеÄÄSUÄÄ 1626201 А 1 ния собственной частоты исследуемого пьезоэлемента от заданной, Для этого в устройство введены второй ка- иброванный пьезоэлемент 4,второй

5 и ., етий 6 управляемые ключи,первый 14 и второй 15 буферные регистры, триггер 13 и арифметический сумматор-вычитатель 16. При работе устройства сигнал с выхода генератора прямоугольных импульсов поступает на исследуемый пьезоэлемент 2, а также на первый 3 и второй 4 образцовые элементы, частота которых близка к частоте исследуемого пьезоэлемента

2. Биения, которые образуются в смесителе 7, выделяются cóïåðгетеродинным приемником 8 и через первый ключ

9 и интегратор 10 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 11, цифровой сигнал с выхода которого запоминается в буферных регистрах, а затем обрабатывается в сумматоре-вычитателе 16, а информация отображается на блоке 17 индикации с дешифратором. 1 ил.

1626201

Изобретение относится к области радиотехнических измерений и предназначено для прецизионного измерения параметров пьезоэлемента, например собственной частоты в процессе изготовления, шлифования, напыления подложек и других операций °

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет умень-lp шения влияния индустриальных помех и инструментальных погрешностей интегратора, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации величины и зна- 15 ка отклонения собственной частоты исследуемого пьезоэлемента от заданной.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 20 прямоугольных импульсов, исследуемый пьезоэлемент 2, первый 3 и второй калиброванные пьезоэлементы с близкими частотами а соответствии с заданной собственной частотой пьезоэлемента, второй 5 и третий 6 управляемые ключи, смеситель 7, супергетеродинный приемник 8, первый управляемый ключ 9, интегратор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, счет- 30 чик 12, триггер 13, первый 14 и второй 15 буферные регистры памяти, арифметический сумматор-вычитатель

16 и блок 17 индикации с дешифратором. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов подключен через согласующие звенья к внешним возбуждающим элекгродам, между которыми расположены исследуемый пьезоэлемент 2 и к иброванные пьезоэлементы 3 и 4 40 включенные в аналогичную схему четырехполюсника с минимальными потерями, а также подключенные к счетным входам счетчика 12. Выходы исследуемого пьезоэлемента 2, а также перво- 45

ro 3 и второго 4 калиброванных пьезоэлементов через второй 5 и третий

6 управляемые ключи подключены соответственно через первый, зторой и третий входы смесителя 7 к входу супергетеродинного приемника 8, выход

50 которого соединен с информационным входом первого управляемого ключа 9.

Выход ключа 9 соединен с информационным входом интегратора 10, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 11. Управлявший выход аналогоцифрового преобразователя 11 соединен с установочным входом счетчика

12 и входом сброса интегратора 10, Выход счетчика 12 соединен со счетным входом триггера 13, первый, нулевой, выход которого соединен с управляющим входом ключа 6 и управляющим входом первого буферного регистра 14. Второй, единичный, выход триггера 13 соединен с управляющим входом ключа 5, управляющим входом второго буферного регистра 15 и управляющим входом арифметического сумматора-вычитателя 16. Информационные входы первого 14 и второго 15 буферных регистров подключены к информационному выходу аналого-цифрового преобразователя 11, а информационные выходы первого 14 и второго 15 буферных регистров соединены соответственно с первым и вторым информационными входами арифметического сумматоравычитателя 16, выход которого через дешифратор соединен с входом блока

17 индикации. Выход счетчика 12 соединен также с управляющим входом первого ключа 9 и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 11.

Устройство работает следующим образом.

При одновременной подаче на входы исследуемого и калиброванных пьезоэлементов последовательности прямоугольных импульсов на выходе этих устройств получают импульсные отклики от фронта прямоугольных импульсов и от среза, В зависимости от состояния триггеров 13 через второй или третий управляемый ключ отклики калиброванных пьезоэлементов с частотами, близкими к заданной собственной частоте исследуемого пьезоэлемента и смещенными на малую величину $f вместе с откликом исследуемого пьезоэлемента подаются на соответствующие входы смесителя 7. Биения, которые возникают на выходе смесителя 7,получаются при сложении двух гармонических сигналов с близкими частотами (разность частот мала по сравнению с самими частотами). Результат сложения двух затухающих синусоидальных колебаний исследуемого пьезоэлемента и одного из калиброванных соответствует негармоническому колебанию.

Пусть импульсный отклик исследуемого пьезоэлемента 2 описывается уравнением

5 162620

63<(t) = А, sin(g t + g ) е ", (1) первого 3 и втопьезоэлементов а импульсные отклики рого 4 калиброванных соответственно:

- 1

+ () е, (2) 2

+g ) е . (3) Я2 (t) = А2. sin(g>t

g>(t) - A> sin(g>t

Так как возбуждение всех пьезоэлементов производится от оцногс генератора I прямоугольных импульсов, можно считать, что фазы сигналов на входе смесителя 7 совпадают: <„" = ("

=(f, аИ и Я калиброванных пьезоэлементов выбираются смещенными относительно заданной Я! собственной частоты исследуемого пьезоэлемента на величину + (AG3 2п Д f) ., 20

Тогда, например, когда триггер 13 находится в состоянии "0". сигнал на, выходе смесителя 7 равен (2(Mi - 63m (А + А )cos

° t x.

6)i + Оа х sin -- — — — --+ (А — Л ) x

2 2 (4)

Qi -02 (i)i +Иг 1 -Ф

sin -- — — — — С соз ---- — й) е

2 2

Для простоты предположим, что затухание откликов исследуемого и калиброванных пьезоэлементов эквивалентны. Полученный сигнал (4) соответствует негармоническому колебанию с круговой частотой (Я, + G3g)/2 и переменной амплитудой А, меняющейся по закону

А =

Разность Q> — G3z, = Ю называется частотой биений, Регистрация биений позволяет с большой точностью контролировать достижение собственной частоты исследуемого пьезоэлемента в процессе изготовления заданной, Для повышения помехоустойчивости и точности сигналы с выхода смесителя

7 через супергетеродинный приемник преобразуют по частоте, детектируют и усредняют интегратором 10, Ошибка измерения определяется в основном точностью фиксации момента равенства сигналов R 1 и R g на выходе первого 14 и второго 15 буфер=

55 ных регис".ров, ссотгетств юших цнс5ровому преобразования уср. днен— ного напряжения на выходе иньегратора 1О блоком аналого-цифрового преобразования для сигналов сравнения импульсного отклика исследуемого пьезоэлемента с первым и вторым калибром соответственно.

Арифметический сумматор-вычитатсл !

6 гериодически сравнивает цифровые сигнапы с выходов буферных регистрог

l4 и 15 и в момент равенства нулю фиксирует через дешиФр тор на блок

17 индикации (R1 — R2) = О.

Формула наг брет ения

Устройство для контроля собственной частоты пьезсэлемента в технологиче. ком процессе изготовления,содержащее генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к внешним возбуждающим электродам для подключения исследуемого и калиброванного пьезоэлем нтов, первый калибровочный пьезоэлемент, последовательно соединенные смеситель, супергетеродинный приемник, первый ключ, интегрзтор и аналого-цифровой преобразователь, управляющий выход которого подключен к входу установки счетчика, счетный вход которогс подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выхсд — к управляющим входам первого ключа, интегратора и аналого-цифрового преобразователя, при этом выходной электрод для подключения измеряемого пьезоэлемента подключен к входу смесителя, а также блок индикации с дешифраторам, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены внешние возбуждающие электроды для подключения второго калиброванного пьезоэлемента, второй калиброванный пьезоэлемент, второй и третий управляемые ключи, счетный триггер, первый и второй буферные регистры и арифметический сумматорвычитатель, выход которого подключен к входу блока индикации с дешифратором, а информационные входы к информационным выходам соответственно первого и второго буферных регистров, информационные входы которых подключены к информационному выходу аналого-цифрового пресбра1626201

Составитель Н.Михалев

Редактор О.Юрковецкая Техред ((.Äèäûê Корректор A.Îñàóëåíêo

Заказ 276 Тираж 407 Подписное

ВНИ((((И (осуд,арственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-и дат льский комбин т Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 зователя, счетный вход триггера подключен к выходу счетчика, единичный выход счетного триггера подключен к управляющим входам первого ключа,второго буферного регистра и арифметического сумматора-вычитателя, а нулевой выход — к управляющим входам второго уп. равляемого ключа и первого буферного регистра, при этом выход генератора прямоугольных импульсов через послецовательно соединенные внешние возбуждающие электроды, между которыми подключен второй калиброванный пьезоэлемент, и первый ключ подключен к второму входу смесителя, третий вход которого через второй управляемый ключ подключен к выходному внешнему возбуждающему электроду для подключения первого калиброванного пьезоэлемента.